CN111132819A - 用于对对象的质量信息进行计算机辅助处理的方法和相应的辅助设备 - Google Patents

Abstract

一种用于在增材制造系统（170）中对由堆叠的打印层（..、181、182 ..）制造的对象（180）的质量信息进行计算机辅助处理的方法，包括以下步骤：‑从制造系统（170）接收（10）针对对象（180）的每个打印层（181、182、..）的质量指示符，‑取决于所述质量指示符的值，向每个质量指示符分配（11）出自预定义颜色集合中的颜色，‑将所接收的制造层（181、182、..）的质量指示符可视化（12）为根据制造层（181、182、..）的序列排序的有色条序列（200），每个条的颜色在图形用户界面（130）上指示相应打印层（181、182、..）的质量指示符的值。

Description

用于对对象的质量信息进行计算机辅助处理的方法和相应的 辅助设备

技术领域

本发明涉及一种用于在增材制造系统中对由堆叠的打印层所制造的对象的质量信息进行计算机辅助处理的方法和辅助设备以及计算机程序产品。

背景技术

增材制造或基于层的制造是尖端零件生产过程，该过程通过将3维（3D）对象模型细分为不同厚度的堆叠的2维（2D）层而从建模阶段开始，并通过在前一层上打印一层而继续进行实际生产阶段。在粉末床熔合增材制造—几种现有增材制造过程之一中，执行两个交替的步骤。在重新涂覆步骤中，将材料粉末散布在例如预先处理的层的平坦表面上，从而创建所谓的粉末珠。在随后的暴露步骤中，将材料粉末暴露并熔合到上一层。

虽然在创建例如低成本的原型、建筑零件、备件之类的对象时非常快速且灵活，但是制造过程受到诸如粉末散布问题、暴露问题、气体流动问题或重新涂覆问题之类若干问题的影响。取决于对象的高度和层的厚度，生产对象所需的2D层的数量非常大，例如数以千计的层，并且打印全部层所需的时间可能要花好几天。

考虑到由于上面提及的可能问题而导致的增材制造过程的弱鲁棒性，不同的反作用措施可用来提供质量指示符，例如指示每一层上的故障概率。

US 2016/179064 A1公开了一种方法，该方法向用户提供从3D增材制造过程中收集的数据的视觉表示。用户装置接收与制造过程相关联的过程数据，将其转换为与计算机辅助设计规范兼容的可视化数据，接收布尔查询，并且然后在显示器上渲染视觉描绘。视觉描绘是工件的图像，其中图像中的像素值对应于不同传感器值的布尔关系或熔池温度。

DE 10 2013 003760 A1公开了一种方法，该方法提供包括位置分辨颜色值的第一数据集，该位置分辨颜色值的每个与零件的相关位置处的零件的温度相关。将该第一数据集与第二数据集进行比较，该第二数据集包括在零件的相关参考位置处的参考零件的相同种类的数据。取决于所确定的两个数据集的差异，可以判断零件的质量。

已完成的对象或在打印过程期间已打印的对象的整体质量在大多数情况下不取决于质量差的单层，而取决于微小质量问题的几层并且取决于该层中发生的故障类型。

发明内容

本发明的目的是甚至在打印对象甚至在前几层的制造过程期间在在线模式下，也能够自动地或由用户快速且容易地确定由数千层组成的任何打印作业即任何打印对象的整体质量信息。

该目的通过根据独立权利要求的主题解决。优选实施例受从于从属权利要求、说明书或附图。

在整个文档中，表述“制造”和“打印”以及与其他术语的组合，例如“制造过程”和“打印过程”或“制造层”或“打印层”均被用作同义词。

根据第一方面，该目的通过一种用于在增材制造系统中对由堆叠的打印层制造的对象的质量信息进行计算机辅助处理的方法来具体解决，该方法包括以下步骤：

-从制造系统接收针对对象的每个打印层的质量指示符，

-取决于质量指示符的值，向每个质量指示符分配出自预定义颜色集合中的颜色，

-将所接收的制造层的质量指示符可视化为根据制造层的序列排序的有色条序列，每个条的颜色在图形用户界面上指示相应打印层的质量指示符的值。

当在制造过程期间在线应用时，可以重复执行接收、分配和可视化的方法步骤。还可以在制造过程接收完全打印对象的所有制造层的质量指示符之后应用该方法。除了3D打印机外，制造系统还可以包括评估和计算质量指示符的其他监视和诊断组件。诊断组件可以例如基于离线或在线传感器数据评估来确定针对每个层的故障概率，并将故障概率作为质量指示符输出。质量指示符可以由被处理以指示该层的质量的一个单个值形成，例如指示出自指示最关键故障类型的预定义故障值集合中的故障值或故障概率。质量指示符可以包括附加信息，例如在打印观察层期间测量的最重要的传感器数据、为该层识别的任何其他故障指示符或针对该观察层未检测到错误或故障的指示符。

该方法将针对每层的质量指示符的数值转换为有色条，并将所有条放在一起以创建针对整个执行的增材制造作业的代表性颜色条形码。用户可以立即观察不同的颜色条，并识别打印作业是否存在问题。通过按制造层的序列对有色条进行排序，低质量层在打印对象内的位置，质量变化层的模式可以很容易地被识别。可以将识别出的模式与已知的故障模式进行比较，以判断或评估整个对象质量或对象质量指示符。

条序列提供增材制造健康条形码作为用户界面元素，使得用户能够快速进行健康检查并跟踪正在执行或已执行的增材制造打印作业。这允许对用户的快速观察、监督、维护以及反应。

在优选实施例中，该方法包括附加步骤：选择出自该条序列中的一个或几个条的子集，并提供关于所选子集的层的信息。即使所述层彼此靠近并且将不会在示出对象所有层的序列条中被分辨，这允许识别故障模式。

在方法的优选实施例中，将取决于排序的条序列的颜色变化的对象质量指示符传送到制造系统，该对象质量指示符指示由制造层构建的整个对象的质量。这具有技术优势，即，向制造系统的即时反馈可以被提供给制造系统中的触发装置。这样的装置可以是制造参数的适配或者甚至是打印过程的终止。

在另一个优选实施例中，通过如下来执行分配颜色：将质量指示值归一化为在预定义的间隔中的质量指示符编号并将编号的质量指示符映射到颜色标度，特别是映射到两个所选颜色之间的梯度间隔。这具有技术优势，即，可以很容易区分和可视化大量不同的质量指示符值。操作员可以立即观察到不同的有色条，并识别正在处理或已处理的作业中的问题。

使用在两种所选颜色之间的梯度可直观地反映出提高或降低的质量。例如，分配从标识高质量的“良好”层（对于该“良好”层，不需要采取任何动作）的绿色有色条到标识“不良”层（对于该“不良”层，用户必须采取动作或严密地分析）的红色有色条的梯度颜色。

在该方法的优选实施例中，将层的总数映射到在图形用户界面上可显示的最大可显示条的数，可显示条根据映射层的顺序来显示，并根据相应可显示条中的最重要层的质量指示符值来进行着色。该实施例具有突显具有低质量指示符的层的技术优势。最重要层是示出最低质量指示符的至少一层。

在第三优选实施例中，由第一个条所呈现的层的最低序列编号和由最后一个条所呈现的层的最高序列编号被指示为靠近条序列中的相应条。这具有相对于对象的总层数容易地认出所呈现的层的子集的技术优势。

在另一个优选实施例中，最小上下文元素和最大上下文元素被显示为与所显示的序列条的每个边界相邻，指示与具有所显示层的最高或最低质量指示符值的层有关的颜色和/或附加信息。这具有相对于低质量指示符的层快速识别并因此评估条的子集的技术优势。

在另一个优选实施例中，图形用户界面提供用于选择条的子集的装置，导致在放大的宽度上放大显示条的子集。这具有获得关于所选层的附加或全部信息的技术效果。

在另一个优选实施例中，图形用户界面提供用于选择相邻条的装置，导致附加地显示相邻条的层编号和附加信息。这具有快速分析例如不良质量指示符值的层周围的层的技术效果。

根据第二方面，该目的通过一种用于在增材制造系统中对由堆叠的打印层制造的对象的质量信息进行处理的辅助设备来具体地解决，该辅助设备包括：接收单元，被配置为接收针对该对象的每个打印层的质量指示符值，分配单元，被配置为取决于质量指示符的值向每个质量指示符值分配出自颜色集合中的颜色，以及图形用户界面，被配置为将接收到的制造层的质量指示符可视化为根据打印层的序列排序的有色条序列，该条的颜色指示制造层的质量指示符的值。辅助设备具有与根据第一方面的方法相同的技术优势。

在优选实施例中，辅助设备另外包括：选择单元，被配置为选择出自该条序列中的一个或多个条的子集；以及提供单元，被配置为提供关于所选子集的层的信息。这具有更详细地考虑条的子集的技术优势。

在优选实施例中，辅助设备另外包括传送单元，被配置为将取决于排序的条序列的颜色变化的对象质量指示符传送到制造系统，该对象质量指示符指示由打印层构建的整个对象的评估质量。这具有将整个对象的评估质量反馈给制造系统并在短期通知（shortnotice）内以及优选自动地适配制造系统的技术优势。

根据第三方面，该目的通过一种具有存储在机器可读数据载体上的程序代码装置的计算机程序产品来具体解决，当在诸如可编程计算机或数字信号处理器之类的计算装置上执行程序时执行所要求保护的方法的所有步骤。

附图说明

在以下描述的图中图示了该系统和方法的实施例：

图1示出了本发明方法的实施例的框图；

图2示出了与制造系统通信的本发明的辅助设备的实施例的示意图；

图3示出了基于本发明方法的实施例生成的第一图形用户界面元素；

图4示出了基于本发明方法的实施例生成的第二图形用户界面元素；和

图5示出了基于本发明方法的实施例生成的图形用户界面元素的几个实施例。

具体实施方式

图1示出了用于在增材制造系统中对由堆叠的打印层所制造的对象的质量信息进行计算机辅助处理的方法的框图。在制造系统中，例如通过任何在线/离线分类器或回归模型基于传感器数据来评估每个打印层，从而导致针对每层的质量指示符。在第一步骤10中，从制造系统接收针对对象的每个打印层的质量指示符。接收步骤可以或者被执行一次，以在完成制造过程之后接收针对对象的所有打印层的质量指示符。也可以执行接收过程以在运行制造过程期间接收针对每个单个打印层的每个单个质量指示符，或者它可以包含针对多个打印层的质量指示符。

在下一个步骤11中，取决于质量指示符的值，将出自预定义颜色集合中的颜色分配给每个质量指示符。在优选实施例中，将质量指示符的值归一化为数值—例如在0到1之间的间隔中，参见步骤11a。条的对应颜色值由归一化步骤计算，该归一化步骤将质量指示符的数值映射到两个所选颜色之间的梯度间隔内部的值，参见步骤11b。

然后，将接收到的制造层的质量指示符可视化为根据制造层的序列排序的有色条序列，每个条的颜色指示相应制造层的质量指示符的值，参见步骤12。

通过将针对每一层的数字归一化的质量指示符转换为颜色归一化的条并将所有条一起放到用户界面元素中，以便创建针对在执行的打印作业中打印的整个对象的有代表性的有色“健康”条形码来创建形成条形码的条序列。用户可以立即观察到不同的有色条，并认出正在处理/已处理的作业是否存在问题。在优选实施例中，使用了绿色和红色之间的颜色梯度，参见图5。绿色条标识良好层，对于该良好层，分类器没有返回异常行为，以及相反，红色条标识不良层，对于该不良层，操作员必须保持关注并严密地分析。

这个有色条序列形成所谓的“增材制造健康条形码”，简称为“健康条形码”，其允许快速进行健康检查并跟踪正在执行或已执行的增材制造打印作业，这继而有利于快速操作动作，例如对打印过程的观察、监督、维护以及反应。

在优选实施例中，可以在附加步骤13中选择出自该条序列中的一个或几个条的子集，并在步骤14中提供有关所选子集的层的信息。

步骤13和步骤14允许操作员分析专用层上的情况，并接收进一步的信息以在此分析中进行辅助。该分析可以导致取决于排序的条序列的颜色变化为由所表示的层形成的对象分配对象质量指示符。该对象质量指示符可以例如通过将排序的条序列的颜色变化与不同的预定义颜色变化进行比较而被导出，该预定义颜色变化指示针对整个对象的不同故障类别或质量值。对象质量指示符可以由用户或由辅助设备自动导出。

将该对象质量指示符传送回制造系统以相应地适配打印过程。对象质量指示符可以由警告信号来表示，该警告信号触发制造系统的监视面板或装置中的警报。对象质量指示符还可以由制造系统中解释的值来表示，以适配打印过程中的设置。

图2示出了连接至增材制造系统170的辅助设备100的实施例。增材制造系统170包括3D打印机172，该3D打印机172通过在彼此堆叠的层181、182上进行打印来制造对象180。增材制造系统170可以包括评估针对每个层的质量指示符的层诊断组件171。这可以通过对由3D打印机172中的各个传感器收集的成像数据和/或其他数据进行分析来完成。诊断组件171提供在辅助设备100的接收单元110中接收的质量指示符值。

在分配单元120中将颜色分配给为该层接收的并被传送到图形用户界面130的质量指示符值，该图形用户界面130被配置为以形成健康条形码的有色条序列200将所接收的层的质量指示符可视化。选择单元140被配置用于选择出自该条序列200中的一个或几个条的子集。选择单元可以是例如用于在图形用户界面130上选择条的鼠标或触摸笔。提供单元150被配置为提供有关所选子集的层的信息。提供单元150可以是显示被请求信息的图形用户界面的一部分。它也可以是以语音形式输出信息的扬声器。传送单元160被配置为将取决于有色条序列的颜色变化的对象质量指示符传送到制造系统，该对象质量指示符指示由所制造的层构建的整个对象的评估质量。可选的评估单元190被配置为自动评估针对整个对象的对象质量指示符。

所描述的单元可以由构建可编程计算机或数字信号处理器的一个或几个处理器构建。

图3至图5示出了健康条形码200、300、500的示例实施例，该健康条形码200、300、500包括条序列，该条序列表示在打印过程期间或在打印过程之后的对象的层的质量指示符值。

图3示出了形成条形码200的质量指示符条的序列。表示具有很低质量指数的层的条以黑色显示，像例如条211至215。在该示例中，所有其他层以及相应条示出了高质量指示符，并且因此以亮色示出。它们在图3中不是明确可见的。在条形码200的边界上方，指示所示出的层的最低和最高编号，在这里从层0到层7700。

与所显示的条形码200的每个边界相邻显示最小上下文元素220和最大上下文元素230，指示与具有所显示的层的最重要即最高或最低质量指示符值的层有关的颜色和/或附加信息。

图4示出了表示层2158至2180的条的子集。可以通过使用在要被显示的条的子集上移动的拖动窗口来执行这种选择。现在可以清楚地区分单个条，参见条241、242、243。因此，最小上下文元素320示出了最高质量指示符值的颜色，在这里例如是与条241、243相同的值，其中最大上下文元素330示出了最低质量指示符值的颜色，在这里是条242的颜色。

在许多情况下，层数非常高并且不是每个单个条都能够被显示。例如，可显示的条数受限于用户界面元素的一行中的像素数。在这种情况下，将总层数划分为相邻层的子集，每个层子集仅由一个条来表示。在子集内部具有最低质量指示符的层的颜色被分配了表示该子集的条。这些条根据层序列进行排序并形成条形码。

图5示出了可以由图形用户界面执行的四个动作以及所得到的健康条表示。通过归一化步骤来计算条的颜色值，该归一化步骤将质量指示符的数值映射到两个所选颜色之间的梯度间隔内部的值，在这里是颜色代码为＃C8E5B3的绿色以及颜色代码为#EA2803的红色。图形用户界面元素S1将所有可用层（在这里直至层7700）的健康条500可视化。可以根据请求执行具有附加接收层的健康条的更新。

条的子集可以通过拖动窗口540来选择，从而导致在S2中示出的条形码500，其示出了所选择的条的集合。在图形用户界面元素S2中，健康栏的边界上方指示了第一个和最后一个显示层的编号，在这里是层319和3674。对于包括所有层的条形码，图形用户界面元素S1中的最小上下文元素520和最大上下文元素530不示出颜色。对于S2中示出的条的子集，最小上下文元素针对在所表示的子集中的最低质量指示符值示出颜色，在这里为绿色。最大上下文元素530示出红色，其是具有最低质量指示符值的条的颜色值。在条S2中利用拖动窗口541进行选择来执行进一步的放大，从而导致条的子集，然后在图形用户界面元素S3中示出了该条的子集。在这里，根据所选的条的集合来改变最小和最大上下文元素。

通过拖动窗口542指示进一步的放大并且在S4中导致条形码。通过标记由点543指示的专用条，显示诸如该条所表示的层编号之类的信息，参见S5中的条形码。可以另外显示更多信息，例如针对该层测量或计算的错误代码传感器值。例如由诸如鼠标或触摸笔之类的选择单元执行的另一选择导致S1中的概览条形码，其示出了初始打印作业层上的概览。

所导致的交互式用户界面元素允许用户将打印增材制造打印作业中所有打印层的质量快速可视化。每个打印层都可以以有色条的形式被可视化，其中颜色映射了层故障严重程度。可以很容易地自动地或由用户导出对象质量指示符。

所有方法都可以通过适用于执行相应方法步骤的对应装置来实现。由特定装置所提供的所有功能可以是该方法的方法步骤。

保护范围由权利要求书给出并且不受所讨论的特征的限制，并且在附图中示出了描述。

Claims (14)

1.一种用于在增材制造系统（170）中对由堆叠的打印层（181、182、..）制造的对象（180）的质量信息进行计算机辅助质量处理的方法，包括以下步骤：

-从所述制造系统（170）接收（10）针对所述对象（180）的每个打印层（..、181、182、..）的质量指示符，

-取决于所述质量指示符的值，向每个质量指示符分配（11）出自预定义颜色集合中的颜色，

-将所接收的制造层（181、182、..）的所述质量指示符可视化（12）为根据所述制造层（181、182、..）的序列排序的有色条序列（200），每个条的颜色在图形用户界面上指示相应打印层（181、182、..）的所述质量指示符的值。

2.根据权利要求1所述的方法，包括以下附加步骤：

-选择（13）出自所述条序列（210）中的一个或几个条的子集，以及

-提供（14）关于所选子集的层的信息。

3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，包括以下步骤：

-将取决于排序的条序列的颜色变化的对象质量指示符传送（15）到所述制造系统，所述对象质量指示符指示由所述打印层构建的整个对象的评估质量信息。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中通过以下步骤来执行分配颜色：

-将所述质量指示符值归一化（11a）为在预定义的间隔中的质量指示符编号，

-将所述质量指示符编号映射（l1b）到颜色标度，特别是映射到两个所选颜色之间的梯度间隔。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中将层的总数映射到在所述图形用户界面上可显示条的最大数量，所述可显示条（241、242、243）根据映射层的顺序来显示，并根据相应可显示条中的最重要层的所述质量指示符值来进行着色。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中由所述第一个条所表示的所述层的最低序列编号和由最后一个条所表示的所述层的最高序列编号被指示为靠近所述条序列中的相应条。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中最小上下文元素（220、320、520）和最大上下文元素（230、330、530）被显示为与所显示的条序列（200、300、500）的每个边界相邻，指示与具有所显示层的最高或最低质量指示符值的所述层有关的颜色和/或附加信息。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述图形用户界面提供用于选择所显示的条序列中的一个条（S5）的装置，导致显示所选择的条的层编号和附加信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述图形用户界面提供用于选择相邻条的装置，导致另外地显示所述相邻条的层编号和附加信息。

10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述图形用户界面提供用于选择条的子集（S1、S2、S3）的装置，导致在放大的宽度上放大显示所述条的子集（S2、 S3）。

11.一种用于在增材制造系统（170）中对由堆叠的打印层（181、182、..）制造的对象（180）的质量信息进行处理的辅助设备（100），包括：

-接收单元（110），被配置为接收针对所述对象的每个打印层（181、182、..）的质量指示符值，

-分配单元（120），被配置为取决于所述质量指示符的值向每个质量指示符值分配出自颜色集合中的颜色，和

-图形用户界面（130），被配置为将接收到的制造层（181、182、...）的所述质量指示符可视化为根据打印层（181、182 ...）的序列排序的有色条序列，所述条的颜色指示所述打印层（181、182、..）的所述质量指示符的值。

12.根据权利要求11所述的辅助设备（100），另外包括：

-选择单元（140），被配置为选择出自该条序列中的一个或几个条的子集；和

-提供单元（150），被配置为提供关于所选子集的层的信息。

13.根据权利要求11或12所述的辅助设备（100），还包括：

-传送单元（160），其被配置为将取决于排序的条序列的颜色变化的对象质量指示符传送到所述制造系统，所述对象质量指示符指示由所述打印层（181、182、..）构建的整个对象的评估质量。

14.具有存储在机器可读数据载体上的程序代码装置的计算机程序产品，当在可编程计算机或数字信号处理器上执行所述程序时执行权利要求1至10中任一项的所有步骤。

Images