CN111230107B - 用于校准增材制造机器的声学监控系统的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于校准增材制造机器的声学监控系统的系统及方法，包括在机器上安装校准系统以及执行校准处理。具体地，校准系统包括校准平台，校准平台能够可移除地安装到增材制造机器的构建平台，并且具有安装在其上的校准声源，用于限定测量标准。由校准声源产生的声波通过声学监控系统测量，并且与已知的测量标准比较，以确定系统调整是否将改进处理容差或统一性。

Description

用于校准增材制造机器的声学监控系统的系统及方法
技术领域
本公开大体涉及增材制造机器，或者更具体地，涉及一种用于增材制造机器的校准系统。
背景技术
与减材制造方法对比，增材制造(AM)处理大体涉及到一个以上材料的堆积，以制作净形或近净形(NNS)物体。尽管“增材制造”是行业标准术语(ISO/ASTM52900)，但是，AM囊括以各种名称已知的各种制造和成型技术，包括自由成形制备、3D打印、快速成型/工具等。AM技术能够由各种材料制备复杂部件。大体上，独立物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制备。
特定类型的AM处理使用诸如照射发射引导装置的能量源，其引导能量束(例如，电子束或激光束)，以烧结或熔化粉末材料，生成固体三维物体，其中粉末材料的颗粒结合在一起。AM处理可以使用不同的材料系统或添加粉末，诸如工程塑料、热塑性弹性体、金属和/或陶瓷。激光烧结或熔化是一种值得注意的AM处理，用于快速制备功能原型和工具。应用包括复杂工件的直接制造，用于熔模铸造的型样，用于注塑和压铸的金属模具，以及用于砂铸的模具和型芯。在设计循环期间制备原型物体以增强概念通信和测试是AM处理的其他常见用法。
选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常见的行业术语，用以指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生产三维(3D)物体。更准确地，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔融(聚结)粉末颗粒，而熔化需要使粉末的颗粒完全熔化以形成固体均质物质。与激光烧结或激光熔化关联的物理处理包括向粉末材料传递热量，然后烧结或是熔化粉末材料。尽管激光烧结和熔化处理可以应用于宽泛范围的粉末材料，但是，生产途径的科学和技术方面(例如，烧结或熔化速率以及层制造处理期间处理参数对微观结构演变的影响)还未被很好地了解。该制备方法伴随着诸多热、质量和动量传递模式，以及使得该处理非常复杂的化学反应。
在直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)期间，设备通过使用能量束烧结或熔化粉末材料以逐层方式构建物体。使将要通过能量束熔化的粉末均匀地散布在构建平台上的粉末床上，并且在照射发射引导装置的控制下，能量束烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低构建平台，并且将另一层粉末散布在粉末床和正在构建的物体上，随后连续熔化/烧结粉末。重复该处理，直到零件完全由熔化/烧结的粉末材料构建起为止。
在零件的制备完成之后，各种后处理流程可以应用于零件。后处理流程包括通过例如吹气或抽真空来去除过多粉末。其他后处理流程包括应力释放处理。此外，可以使用热学、机械和化学后处理流程来精加工零件。
为了监控增材制造处理，某些常规的增材制造机器包括声学监控系统。这些监控系统一般包括一个以上麦克风或声波传感器，用于检测在处理期间产生或以其他方式发出的声波或振动。测量到的声波或传感器数值可以用以评估构建处理期间或构建处理完成之后的构建的质量。质量评估可以用以调整构建处理，停止构建处理，对构建处理异常故障排除，向机器操作员发布警告，和/或，识别因构建导致的疑似或较差质量的零件。然而，这种声学监控系统经常不校准，使得当比较诸多机器的数据时不可能确定测量到的声学信号中的变化是增材构建处理或熔池中变化的产物，还是声学监控系统本身中变化的产物。实践中，增材制造主要被用于成型和小批次生产，而声学监控使用为研发工具，而非零件质量评定。构建到构建和机器到机器的可重复性更为关键的大量生产应用的近期出现已突显了声学监控作为质量工具的价值。
由此，具有改进的校准特征的增材制造机器将是有用的。更特别地，用于校准增材制造机器的声学监控系统的系统及方法将是特别有益的。
发明内容
各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者，可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来了解。
根据本主题的一个实施例，提供了一种校准增材制造机器的声学监控系统的方法。该方法包括，从来自增材制造机器中的一个以上固定位置的一个以上校准声源产生声波，以及使用声学监控系统测量产生的声波的声学信号。该方法进一步包括，将测量到的声学信号与测量标准比较，用于在校准声学监控系统中使用。
根据另一示范性实施例，提供了一种用于增材制造机器的声学监控系统的校准系统。该校准系统包括安装机构和一个以上校准声源，安装机构能够定位在增材制造机器内的所需部位处，一个以上校准声源安装到安装机构，当操作时，一个以上校准声源限定测量标准。
参考以下描述和所附权利要求书，将更好地了解这些及其他特征、方面和优点。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并同描述一起用来说明本发明的某些原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员，参考附图，在说明书中阐述本发明的并包括其最佳模式的全面且能实现的公开。
图1示出根据本主题示范性实施例的增材制造机器的示意性视图。
图2示出根据本主题示范性实施例的图1的示范性增材制造机器的构建平台的特写示意性视图。
图3示出根据本主题示范性实施例的图1的示范性增材制造机器的校准组件。
图4是根据本公开一个实施例的校准增材制造机器的声学监控系统的方法。
在本说明书和附图中重复使用参考字符意在表示本发明的相同或类同的特征或元素。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个以上示例图示在附图中。通过说明本发明而非限制本发明的方式提供每个示例。事实上，对于本领域技术人员而言，显然，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变型。比如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一个实施例。因而，意在本发明覆盖落入所附权利要求及其等效物的范围内的这些修改和变型。
文中使用的术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换地使用，以将一个部件与另一部件区分开，而不意在指明单个部件的定位或重要性。此外，文中使用的近似术语诸如“近似”、“大致”或“约”指代在10％的误差余量内。
一种用于校准增材制造机器的声学监控系统的系统及方法包括，在机器上安装校准系统以及执行校准处理。具体地，校准系统包括校准平台，校准平台能够可移除地安装到增材制造机器的构建平台，并且具有安装在其上的校准声源，用于限定测量标准。产生的声波通过声学监控系统测量，并且与已知的测量标准比较，以确定系统调整是否将改进处理容差或均匀性。
参考图1，将根据示范性实施例描述激光粉末床熔融系统，诸如DMLS或DMLM系统100。如所图示的，系统100包括固定外壳或构建区域102，其提供用于执行增材制造处理的无污染且受控的环境。就这点而言，例如，外壳102用来隔离和保护系统100的其他部件。此外，外壳102可以设置有适当的遮护气体流，诸如氮、氩或另一合适的气体或气体混合物。就这点而言，外壳102可以限定气体入口端口104和气体出口端口106，用于接收气体流，以生成气体的静态加压体积或动态流。
外壳102大体可以含有AM系统100的一些或全部部件。根据示范性实施例，AM系统100大体包括台110、粉末供应部112、刮刀或重涂覆器机构114、溢流容器或储存器116以及定位在外壳102内的构建平台118。此外，能量源120产生能量束122，射束转向设备124引导能量束122，以促进AM处理，如下面更详细地描述的。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
根据图示实施例，台110是限定平面构建表面130的刚性结构。此外，平面构建表面130限定构建开口132，可以通过构建开口132进入构建腔室134。更具体地，根据图示实施例，构建腔室134至少部分地通过竖直壁136和构建平台118限定。此外，构建表面130限定供应开口140和储存器开口144，添加粉末142可以从粉末供应部112通过供应开口140供应，过量添加粉末142可以通过储存器开口144穿到溢流储存器116中。可选地，收集的添加粉末可以处置成在再使用之前筛出松散的、聚结的颗粒。
粉末供应部112大体包括添加粉末供应容器150，添加粉末供应容器150大体含有一定体积的添加粉末142，足够用于特定零件或各零件的一些或全部增材制造处理。此外，粉末供应部112包括供应平台152，供应平台152是板状结构，在粉末供应容器150内能够沿着竖直方向移动。更具体地，在增材制造处理期间，供应致动器154竖直地支撑供应平台152并且使其选择性地上下移动。
AM系统100进一步包括重涂覆器机构114，重涂覆器机构114是位于构建表面130附近的刚性、横向伸长的结构。例如，重涂覆器机构114可以是硬刮刀、软刮板或辊。重涂覆器机构114可操作地联接到重涂覆器致动器160，重涂覆器致动器160能够操作成使重涂覆器机构114选择性地沿着构建表面130移动。此外，平台致动器164可操作地联接到构建平台118，并且大体能够操作成在构建处理期间使构建平台118沿着竖直方向移动。尽管致动器154、160和164图示为液压致动器，但是，应当理解，根据替代实施例，可以使用任何其他类型和构造的致动器，诸如气动致动器、液压致动器、滚珠丝杠线性电力致动器或者任何其他合适的竖直支撑手段。其他构造是可能的且在本主题的范围内。
能量源120可以包括能够操作以产生适合的能量和其它操作特性的射束的任何已知设备，以在构建处理期间熔化并熔融金属性粉末。例如，能量源120可以是激光器或任何其他合适的照射发射引导装置或照射装置。其他引导能量源(诸如电子束枪)是激光器的适合的替代品。
根据示范性实施例，射束转向设备124包括一个以上反射镜、棱镜、透镜和/或电磁体，可操作地与合适的致动器联接并且布置成引导和聚焦能量束122。就这点而言，例如，射束转向设备124可以是振镜扫描器，在激光熔化和烧结处理期间，在构建表面130上移动或扫描由能量源120发出的激光束122的焦点。就这点而言，能量束122可以聚焦到所需光斑大小，转向到与构建表面130重合的平面中的所需位置。粉末床熔融技术中的振镜扫描器大体处在固定位置，但其中含有的可移动反射镜/透镜允许控制和调整激光束的各种属性。应当理解，可以使用其他类型的能量源120，能量源120可以使用替代的射束转向设备124。例如，如果能量源120是用于引导电子束的电子控制单元，则，射束转向设备124可以是例如偏转线圈。
在增材制造处理以前，可以降低重涂覆器致动器160，以将所需组成的粉末142(例如，金属性的、陶瓷和/或有机粉末)供应到供应容器150中。此外，平台致动器164可以使构建平台118移动到初始高位置，例如，使得其与构建表面130大致齐平或共面。然后，构建平台118以选定的层增量降低到构建表面130下面。层增量影响增材制造处理的速度和正在制造的部件或零件170的分辨率。作为示例，层增量可以是大约10到100微米(0.0004到0.004英寸)。
然后，在通过能量源120熔融之前，使添加粉末沉积在构建平台118上。具体地，供应致动器154可以提升供应平台152，以推动粉末通过供应开口140，将其显露在构建表面130上面。然后，重涂覆器机构114可以通过重涂覆器致动器160在构建表面130上移动，以将提升的添加粉末142水平地铺展在构建平台118上(例如，以选定的层增量或厚度)。在重涂覆器机构114从左穿到右(如图1中示出的)时，任何过量添加粉末142都通过储存器开口144下落到溢流储存器116中。随后，重涂覆器机构114可以移动回到起始位置。值得注意的，由于重涂覆器机构114、粉末层142和正在构建的部件170之间的摩擦，重涂覆器机构114在构建物表面130上铺展粉末的步骤固有地产生声波或振动。该声波行进通过构建区域或系统外壳102，通过台110的结构，通过外壳102内甚至外壳102外的气体。
因此，如文中说明和图1中图示的，重涂覆器机构114、重涂覆器致动器160、供应平台152和供应致动器154可以大体操作成连续地沉积添加粉末142或其他添加材料的各层，以促进打印处理。如此，这些部件在文中可以共同称之为粉末沉积设备、系统或组件。调平的添加粉末142可以称之为“构建层”172(参见图2)，并且其显露的上表面可以称之为“构建表面”130。当在构建处理期间构建平台118降低到构建腔室134中时，构建腔室134和构建平台118共同围绕并支撑大量添加粉末142以及正在构建的任何部件170。该大量粉末大体称之为“粉末床”，并且该特定类别的增材制造处理可以称之为“粉末床处理”。
在增材制造处理期间，引导能量源120用以熔化正在构建的部件170的二维横截面或层。更具体地，能量束122从能量源120发出，射束转向设备124用于使能量束122的焦点174以适当的图案在显露的粉末表面上转向。围绕焦点174的添加粉末142的小部分显露层(文中称之为“焊池”或“熔池”或“热作用区”176(在图2中最佳地看到))通过能量束122加热到允许其烧结或熔化、流动和固结的温度。例如，熔池176可以为大约100微米(0.004英寸)宽。该步骤可以称之为熔融添加粉末142。
构建平台118以层增量竖直向下移动，另一层添加粉末142以相似厚度施加。引导能量源120再次发出能量束122，射束转向设备124用于使能量束122的焦点174以适当的图案在显露的粉末表面上转向。添加粉末142的显露层通过能量束122加热到允许其烧结或熔化、流动和在顶层内以及与先前凝固的下层固结的温度。重复移动构建平台118、施加添加粉末142、然后引导能量束122熔化添加粉末142的循环，直到整个部件170完成为止。
如上面简要地说明的，在能量源120和射束转向设备124将能量束122(如，激光束或电子束)引导到粉末床或构建表面130上时，添加粉末142被加热并且开始熔化到熔池176中，在熔池176中，它们可以熔融，以形成最终部件170。值得注意的，在烧结或熔化添加粉末的步骤期间，被加热的材料固有地产生从熔池176或从焦点174辐射出的声波或振动。该声波行进通过构建区域或系统外壳102，通过台110的结构，通过外壳102内甚至外壳102外的气体。
如下所述，由重涂覆处理或由焊池产生的声波和振动可以通过麦克风、振动传感器和其他装置来检测，以便产生测量到的声学曲线。应当理解，测量到的声学曲线可以以任何合适的预定的层增量的间隔以及使用任何合适的装置来记录。大体来讲，测量到的声学曲线可以用以改进处理监控和控制。下面根据示范性实施例描述用于监控增材制造处理的示范性系统。
仍参考图1，将根据本主题示范性实施例描述大体上可以与系统100一起使用、用于监控熔池176和制造处理的声学监控系统200。声学监控系统200包括一个以上声学传感器或振动传感器，用于测量来自重涂覆处理或熔池176的声波或振动。更具体地，根据图示实施例，声学监控系统200包括一个平台传感器202、一个外壳传感器204和一个外部传感器206。尽管文中描述了三个传感器202-206，但是，应当理解，根据示范性实施例，仅需要单个传感器。就这点而言，描述了三个传感器202-206，以便示出这种声学或振动传感器的各种示范性位置，但这种定位不意在限制。因而，应当理解，声学监控系统200可以包括任何其他合适的类型、数目和构造的传感器，用于大体上检测声波、振动和熔池176或增材制造处理的其他属性。
应当理解，传感器202-206可以是适合于测量由熔池176产生的声波或振动的任何传感器。此外，传感器202-206可以安装在构建外壳102内(如，平台传感器202或外壳传感器204)或者外壳102外(例如，外部传感器206)的任何合适部位处。根据示范性实施例，传感器202-206可以包括麦克风、接触式麦克风、声波传感器、加速度计、振动传感器或压电声学传感器中的至少一个。其他合适的声学传感器、位置和构造是可能的且在本主题的范围内。
声学传感器202-206可以定位在外壳102内或外壳102外，可以安装到刚性结构，以任何其他合适的方式悬挂或安装。例如，图1将平台传感器202图示为安装到构建平台118的下侧，外壳传感器204图示为悬挂在外壳102内，外部传感器206图示为安装到外壳102的壁。大体上，使用传感器202-206测量声波或振动的处理文中可以称之为“声学监控”等等。文中使用的术语“声学”大体指代通过诸如气体或固体的介质传输能量，而与这种能量的频率范围无关。
声学监控系统200进一步包括控制器220，控制器220与传感器202-206可操作地联接，用于接收与检测到的声波对应的信号。控制器220可以是用于声学监控系统200的专用控制器，或者，可以是用于操作AM系统100的系统控制器。控制器220可以包括一个以上存储器装置和一个以上微处理器，诸如能够操作成执行与增材制造处理或处理监控关联的编程指令或微控制代码的通用或专用微处理器。存储器可以表示诸如DRAM的随机存取存储器，或者诸如ROM或FLASH的只读存储器。在一个实施例中，处理器执行存储在存储器中的编程指令。存储器可以是与处理器分离的部件，或者，可以包括在处理器内在板上。替代地，控制器220可以在不使用微处理器的情况下构筑，例如，使用离散的模拟和/或数字逻辑电路的组合(诸如开关、放大器、积分器、比较器、触发器，与门等等)来执行控制功能，代替依托于软件。
如上面简要地说明的，常规的声学监控系统不被校准。另外，当设定诸多增材制造机器用于制造一系列等同零件时，这些机器中的每一个上的声学监控系统可以具有略有不同的响应特性。因此，本主题的各方面指向校准用于增材制造机器的声学监控系统的系统及方法。
现在具体参考图3和图4，将根据本主题的示范性实施例描述可以用以校准增材制造系统100的声学监控系统200的校准系统230。尽管校准系统230的示范性实施例在文中提供并且具体描述为用于校准声学监控系统200，但是，应当理解，根据替代实施例，校准系统230可以包括修改和变型，例如，以提供更加定制化的校准，用于特定机器设定。文中描述的示范性实施例并不意在限制本主题的范围。
如所图示的，校准系统230包括校准平台232，校准平台232能够可移除地安装到增材制造系统100的构建平台118。就这点而言，校准平台232可以是刚性的平面安装结构，可以安装在任何合适的增材制造机器中，使得校准平台232的位置相对于声学监控系统200在已知位置。例如，校准平台232可以具有与构建平台118(例如，在通过构建表面130限定的水平面中)相同的尺寸。以该方式，通过构建开口132定位校准平台232，竖直壁136可以确保校准平台232重复地定位在固定的已知位置和方位。
根据示范性实施例，校准平台232限定一个以上对准特征234，对准特征234构造成用于接合限定在构建平台118上或者在AM机器100的构建平台位置上的互补特征236。更具体地，例如，对准特征234可以是从校准平台232朝向构建平台118向下延伸的闩，互补特征236可以是限定在构建平台118上、用于接收上述闩的孔。值得注意的，每个增材制造机器可以包括具有等同互补特征236用于接收对准特征234的等同构建平台118。以该方式，构建平台118可以通过具有控制器220所已知的固定的相对位置而从机器移动到机器，以实现精确和改进的校准处理。
此外，校准系统230包括一个以上校准声源240，一个以上校准声源240在固定的已知位置安装到校准平台232。校准声源240大体构造成用于当激励或以其他方式操作时限定测量标准(诸如声学校准标准)。就这点而言，例如，校准声源240可以产生具有已知信号幅度、信号强度、信号频率、信号频谱或任何其他合适的可测量数量或质量的声能的声波或振动能量。应当理解，文中使用的“测量标准”可以互换地用以指代当测量那些声波时由校准声源240产生的实际声波或能量或由声学监控系统200产生的信号。
由于重涂覆处理的振动一般在20Hz到20kHz的可听范围内，测量到的振动幅度在很大程度上取决于声学监控系统200的传感器202-206的放置。重涂覆器与部件170接触或者由于部件170变形的摩擦增加或者在重涂覆处理期间减少有效粉末层厚度的任何其他影响将导致振动幅度和频率增加。通过熔池形成产生的声学噪声一般也在20Hz到20kHz的可听范围内，而由于残余应力导致裂纹、孔隙或其他机械缺陷形成，进一步的振动可能产生在超声范围内，20kHz到50Mhz。特定测量频率和幅度还将取决于使用的传感器的性质以及在信号从信号源行进到传感器时的信号衰减。
大体上，校准声源240可以是声波或振动能量的任何源，诸如扬声器、发声装置、振动机构、压电发生器或声波发生器、或者产生具有已知和可测量的声音发射数量或质量的声波的任何其他装置，例如，如上所述。术语“声源”、“振动源”等等文中可以互换地使用。
根据图示实施例，校准系统230包括安装在校准平台232的中心处的单个校准声源240。就这点而言，校准系统230可以包括安装结构242，安装结构242可以包括一个以上支柱、板条或使校准声源240保持在其固定位置的其他支撑件。尽管在示范性实施例中图示了单个校准声源240，但是，应当理解，根据替代实施例，可以使用任何合适数目、类型和定位的校准声源240，实现分别与诸多激光系统关联的诸多传感器的校准，以及考虑到由于声学系统设计的传感器响应中的正常空间变化。例如，根据另一实施例，校准系统230包括在校准平台232上彼此等距间隔的四个校准声源240(例如，在校准平台232的四个角中的每一个附近)。
此外，校准声源240可以使用任何其他合适的装置或机构(文中可以称之为声学安装机构)而定位在AM系统100内的固定部位处。例如，根据另一示范性实施例，一个以上校准声源240可以安装到可回缩臂(未示出)，可回退臂安装在构建腔室134一侧。以该方式，在制造处理以前，可回缩臂可以伸展，以将声源240定位在所需位置，可以执行校准处理，并且臂可以在开始构建之前回缩。
仍根据其他实施例，可以基于对由对准传感器确定的位置的响应，使用对准马达，通过计算机控制中的至少一个(例如，经由控制器220)来调整校准声源240的部位。替代地，一个以上校准声源240可以定位在外壳102内或者甚至在外壳120外的其他地方，只要这种声源240的输出能够通过声学监控系统200(例如，经由传感器202-206)测量。其他合适的安装结构和解决方案是可能的且在本主题的范围内。
值得注意的，根据示范性实施例，校准系统230可以能够在诸多增材制造机器间移动，以在所有机器上提供一致的校准数值。文中使用的“校准”大体可以用以指代将来自传感器的测量数值与已知数值或校准信号标准比较的处理。就这点而言，例如，校准系统230可以产生可以通过一个以上声学传感器(诸如声学监控系统200的传感器202-206)测量的已知“测量标准”。可以调整传感器参数，直到传感器的输出指示与测量标准大致等效的测量到的声波或振动为止。替代地，控制器220可以构造成补偿测量到的声波和测量标准之间的差异。以该方式，已知数值(测量标准)和未知数值(测量到的声波)之间的关系可以用以调整传感器输出和减少测量不确定性。
通过基于其对由校准系统230产生的声波(即，测量标准)的响应来调整增材制造机器群组中的所有声学监控系统200，在零件的增材制造期间获得的后续测量结果可以是处理和熔池特性的可靠指示器。控制器220可以构造成用于接收、操控和使用该信息来进行必需的处理校正，以通过单个机器实现更高的精度以及在已被相似地校准的机器群组间实现更多的统一性。
应当理解，文中仅图示和描述了AM系统100、声学监控系统200和校准系统230，仅用于说明本主题的各方面。然而，本主题的范围不限于这种示范性实施例，而可设想为包括包括变型和修改的实施例。例如，尽管致动器文中图示为液压致动器，但是，根据替代实施例，可以使用其他合适类型和构造的致动器。此外，可以使用粉末供应部112的其他合适形式和/或类型，诸如沿着构建表面130移动同时以预定流速沉积添加粉末的粉末容器。而且，例如，基于所产生的能量束122的类型，可以使用任何合适构造的射束转向设备124。其他构造是可能的且在本主题的范围内。
既然已根据本主题的示范性实施例描述了AM系统100、声学监控系统200和校准系统230的构筑和构造，下面将根据本主题的示范性实施例描述用于校准增材制造系统的处理监控系统的示范性方法300。方法300可以用以校准AM系统100的声学监控系统200或者任何其他合适的增材制造机器。就这点而言，例如，控制器220可以构造成用于实施方法300的一些或全部步骤。进一步，应当理解，示范性方法300文中仅论述来描述本主题的示范性方面，并不意在限制。
现在参考图4，方法300包括，在步骤310，将一个以上校准声源定位在校准平台中或校准平台上。就这点而言，从上面继续该示例，校准声源240可以安装在校准平台232上、在已知部位处。尽管附图图示定位校准平台232的中心的单个校准声源240，但是，应当理解，根据替代实施例，可以使用任何合适数目、类型、间距和构造的声源。步骤220包括，将校准平台安装在增材制造机器的构建平台部位中或构建平台部位上。例如，校准平台232可以安装到构建平台118，可以通过竖直壁136和/或通过将对准特征234就坐在通过构建平台118限定的互补特征236内来对准和定向。以该方式，校准声源240的位置在外壳102内的三维空间内的已知部位和方位。根据替代实施例，校准声源240可以定位在外壳102内或外的任何其他合适部位处。
步骤330包括，从增材制造机器中的一个以上固定位置由一个以上校准声源产生声波。就这点而言，例如，校准声源240可以激励或以其他方式操作，以产生可以通过声学监控系统200(例如，使用传感器202-206)测量的噪声、声波或振动能量。值得注意的，如上面说明的，当校准声源240操作时，所产生的声波限定具有已知信号幅度、信号强度、频率、频率响应等的测量标准。
步骤340包括，使用声学监控系统来测量产生的声波的声学信号。就这点而言，声学监控系统200使用传感器202-206中的一个以上来测量由校准声源240产生的声波或振动能量。步骤350和360大体指向，将测量到的声学信号与已知标准比较，以确定声学传感器的准确度/校准。
具体地，步骤350包括，获得由一个以上校准声源产生的测量标准。该测量标准可以由声源的制造商提供，可以通过使声源的输出与已知且可靠的声源同步来确定，或者，可以以任何其他合适的方式来确定。步骤360包括，将测量到的声学信号与测量标准比较。值得注意的，如果传感器202-206被恰当地校准，则，测量到的声学信号应当与校准声源240的测量标准大致等效。与之对比，如果声学信号和测量标准之间有差异，则可能想要执行校准流程，以确保改进的处理监控。
步骤370包括，调整声学监控系统，使得测量到的声学信号与测量标准大致等同。如上所述，可以通过调整传感器202-206中的一个以上的物理增益或者对测量到的信号进行电子补偿或调整(例如，使用控制器220)来进行这种调整。替代地，可以确定传感器必须整个更换或者应当执行维护流程。
出于图示和论述的目的，图4描绘具有以特定顺序执行的步骤的示范性控制方法。本领域普通技术人员将理解，使用文中提供的公开内容，在不偏离本公开的范围的情况下，可以以各种方式调适、重新布置、扩展、省略或修改文中论述的任何方法的步骤。另外，尽管使用AM系统100、声学监控系统200和校准系统230作为示例说明了该方法的各方面，但是，应当理解，这些方法可以应用于任何合适的增材制造机器的任何合适的监控系统的校准和操作。
该书面描述使用示范性实施例来公开本发明，包括最佳模式，还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，并执行任何并入的方法。本发明的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例意在包括于权利要求书的范围内，如果该示例包括与权利要求书的文字语言并无不同的结构元素的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等同结构元素的话。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种校准增材制造机器的声学监控系统的方法，所述方法包含：从所述增材制造机器中的一个以上的固定位置由一个以上的校准声源产生声波；使用所述声学监控系统来测量产生的所述声波的声学信号；以及将测量到的所述声学信号与测量标准比较，用于在校准所述声学监控系统时使用。
2.如任何在前条项的方法，进一步包含：将所述一个以上的校准声源定位在校准平台中或校准平台上；以及将所述校准平台安装在所述增材制造机器的构建平台部位中或构建平台部位上。
3.如任何在前条项的方法，其中，将所述校准平台安装在所述构建平台部位中或所述构建平台部位上包含：使限定在所述校准平台上的一个以上的对准特征与限定在所述增材制造机器的所述构建平台部位上的互补特征对准。
4.如任何在前条项的方法，进一步包含：从所述一个以上的校准声源的制造商获得由所述一个以上的校准声源产生的测量标准。
5.如任何在前条项的方法，其中，将测量到的所述声学信号与所述测量标准比较包含，比较信号幅度、信号频率、信号强度、信号量、传感器电压或电流响应和传感器噪声响应中的一个以上的值。
6.如任何在前条项的方法，进一步包含：调整所述声学监控系统，使得测量到的所述声学信号与所述测量标准大致等同。
7.如任何在前条项的方法，其中，调整所述声学监控系统使得测量到的所述声学信号与所述测量标准大致等同包含，调整所述声学监控系统的一个以上的物理增益，测量到的所述声学信号的电子调整，执行校正维护，或者更换传感器。
8.如任何在前条项的方法，其中，使用所述声学监控系统测量所述声学信号包含，使用麦克风、接触式麦克风、声波传感器、加速度计、振动传感器和压电声学传感器中的至少一个。
9.如任何在前条项的方法，其中，所述一个以上的校准声源产生具有已知信号幅度、信号强度、信号频率或信号频谱的声波。
10.如任何在前条项的方法，其中，所述校准声源的安装部位通过计算机控制、对准马达和对准传感器中的至少一个来调整。
11.如任何在前条项的方法，其中，所述校准声源中的至少一个安装在所述增材制造机器的构建区域的外侧。
12.一种用于增材制造机器的声学监控系统的校准系统，所述校准系统包含：安装机构，所述安装机构能够定位在所述增材制造机器内的所需部位处；以及一个以上的校准声源，所述一个以上的校准声源安装到所述安装机构，当操作时，所述一个以上的校准声源限定测量标准。
13.如任何在前条项的校准系统，其中，所述安装机构包含校准平台，所述校准平台能够可移除地安装到所述增材制造机器的构建平台。
14.如任何在前条项的校准系统，其中，所述校准平台限定一个以上的对准特征，所述一个以上的对准特征构造成用于接合限定在所述构建平台上的互补特征。
15.如任何在前条项的校准系统，其中，所述一个以上的校准声源选自由扬声器、发声装置、振动机构、压电发生器和声波发生器组成的群组。
16.如任何在前条项的校准系统，其中，所述一个以上的校准声源产生具有已知信号幅度、信号强度、信号频率或信号频谱的声波。
17.如任何在前条项的校准系统，其中，所述声学监控系统包含麦克风、接触式麦克风、声波传感器、加速度计、振动传感器和压电声学传感器中的至少一个。
18.如任何在前条项的校准系统，其中，所述校准声源的安装部位通过计算机控制、对准马达和对准传感器中的至少一个来调整。
19.如任何在前条项的校准系统，其中，所述校准声源中的至少一个安装成与所述增材制造机器的构建平台接触。
20.如任何在前条项的校准系统，其中，所述校准声源中的至少一个安装在所述增材制造机器的构建区域的外侧。

Claims (18)

1.一种校准增材制造机器的声学监控系统的方法，其特征在于，所述方法包含：
从所述增材制造机器中的一个以上的固定位置由一个以上的校准声源产生声波；
使用所述声学监控系统来测量产生的所述声波的声学信号；以及
将测量到的所述声学信号与测量标准比较，用于在校准所述声学监控系统时使用；
其中，所述校准声源的安装部位通过计算机控制、对准马达和对准传感器中的至少一个来调整。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：
将所述一个以上的校准声源定位在校准平台中或校准平台上；以及
将所述校准平台安装在所述增材制造机器的构建平台部位中或构建平台部位上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，将所述校准平台安装在所述构建平台部位中或所述构建平台部位上包含：
使限定在所述校准平台上的一个以上的对准特征与限定在所述增材制造机器的所述构建平台部位上的互补特征对准。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：
从所述一个以上的校准声源的制造商获得由所述一个以上的校准声源产生的测量标准。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，将测量到的所述声学信号与所述测量标准比较包含，比较信号幅度、信号频率、信号强度、信号量、传感器电压或电流响应和传感器噪声响应中的一个以上的值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：
调整所述声学监控系统，使得测量到的所述声学信号与所述测量标准大致等同。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中，调整所述声学监控系统使得测量到的所述声学信号与所述测量标准大致等同包含，调整所述声学监控系统的一个以上的物理增益，测量到的所述声学信号的电子调整，执行校正维护，或者更换传感器。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，使用所述声学监控系统测量所述声学信号包含，使用麦克风、接触式麦克风、声波传感器、加速度计、振动传感器和压电声学传感器中的至少一个。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述一个以上的校准声源产生具有已知信号幅度、信号强度、信号频率或信号频谱的声波。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述校准声源中的至少一个安装在所述增材制造机器的构建区域的外侧。
11.一种用于增材制造机器的声学监控系统的校准系统，其特征在于，所述校准系统包含：
安装机构，所述安装机构能够定位在所述增材制造机器内的所需部位处；以及
一个以上的校准声源，所述一个以上的校准声源安装到所述安装机构，当操作时，所述一个以上的校准声源限定测量标准；
其中，所述校准声源的安装部位通过计算机控制、对准马达和对准传感器中的至少一个来调整。
12.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述安装机构包含校准平台，所述校准平台能够可移除地安装到所述增材制造机器的构建平台。
13.如权利要求12所述的校准系统，其特征在于，其中，所述校准平台限定一个以上的对准特征，所述一个以上的对准特征构造成用于接合限定在所述构建平台上的互补特征。
14.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述一个以上的校准声源选自由扬声器、发声装置、振动机构、压电发生器和声波发生器组成的群组。
15.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述一个以上的校准声源产生具有已知信号幅度、信号强度、信号频率或信号频谱的声波。
16.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述声学监控系统包含麦克风、接触式麦克风、声波传感器、加速度计、振动传感器和压电声学传感器中的至少一个。
17.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述校准声源中的至少一个安装成与所述增材制造机器的构建平台接触。
18.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述校准声源中的至少一个安装在所述增材制造机器的构建区域的外侧。
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