CN112496342A - 一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，其特征在于，包括：激光器、扫描振镜、面结构光测量单元、数据采集器、工控电脑、成形腔室、成形平台、以及成形平台上的粉末床；其中，所述激光器发射激光至扫描振镜；所述扫描振镜将激光束扫描在成形平台上的粉末床进行成形扫描；所述面结构光测量单元对所述成形平台上的区域进行扫描，将图像点数据传输至所述数据采集器；所述数据采集器将图像点数据传输至工控电脑，与原加工模型进行对比，便于后续打印。

Description

一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置及方法
技术领域
本发明涉及金属粉末床增材制造技术领域，尤其涉及一种实现激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置及方法。
背景技术
激光选区熔化成形技术是复杂精密构件直接快速成形的一种方法。该技术基于离散材料逐层堆积成型原理，依据产品三维图形数据，采用激光高能束对原材料粉末逐点、逐线、逐层熔化直接制造出零件，相比其它金属增材制造技术，激光选区熔化成形技术具有更高的成形精度以及更少的后续加工量，可成形复杂度更高的零件，它以结构功能一体化设计制造、短周期、近终形、无模具、无刀具等技术优势成为复杂金属构件快速制造的先进制造手段，是金属增材制造技术应用的主要方向之一。
激光选区熔化成形技术通常被用来制造复杂精细的高附加值构件。但常常存在由于设备故障、停电等诸多原因，导致打印过程被迫中断，已成形部分零件不得不报废的问题。当然为了尽可能挽回损失，也存在直接在粉末床零件打印截面上，采用相同的工艺参数进行下一层截面打印的情况，但由于长时间冷却后打印截面位置发生偏移，导致后续打印零件部分与前期已成形零件部分之间存在明显的层错，使得最终零件质量难以满足要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题，提供一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置及方法，在激光选区熔化成形过程被迫长时间中断后，通过精确测量与采集实际打印层轮廓并与原加工模型比对，通过平移原加工模型使其与实际打印截面层轮廓重合后，再进行接续打印，这样有利于保证激光选区熔化增材制造成形件的质量。
本发明的目的在于提供一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，其特征在于，包括：激光器、扫描振镜、面结构光测量单元、数据采集器、工控电脑、成形腔室、成形平台、以及成形平台上的粉末床；其中，
所述激光器发射激光至扫描振镜；
所述扫描振镜将激光束扫描在成形平台上的粉末床进行成形扫描；
所述面结构光测量单元对所述成形平台上的区域进行扫描，将图像点数据传输至所述数据采集器；
所述数据采集器将图像点数据传输至工控电脑，与原加工模型进行对比，便于后续打印。
优选地，所述激光器同时包含用于熔化金属粉末的高功率光纤激光，以及与之同轴的红外指示激光。
优选地，所述面结构光测量单元至少两个，位于所述成形腔室上方。
优选地，以激光器内部红外指示激光垂直入射粉末床光点作为原点建立平面坐标系。
本发明实施例还提供了一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置的方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1)在激光选区熔化成形过程中断后，由激光器发出一束红外指示激光经扫描振镜偏转后垂直入射到粉末床上；
步骤2)面结构光测量系统首先以粉末床上指示光斑点为原点进行坐标系建立及校正，再由对称分布的两套面结构光测量系统光源照射粉末床表面，同时由系统内部相机接收粉末床表面反射信号；
步骤3)数据采集器采集和记录面结构光测量粉末床表面的数据点，并将图像点数据传输给工控电脑；
步骤4)工控电脑中图像处理软件负责提取出粉末床表面图像特征，并在坐标系中画出零件当前打印截面边缘轮廓形状图；
步骤5)工控电脑中模型处理软件负责将步骤四中获得的打印截面边缘轮廓形状图，与零件加工模型相同层数的截面轮廓进行比对后，对原加工模型进行位置平移，使原模型截面轮廓与采集的打印截面边缘轮廓完全重合；
步骤6)将位置平移后的模型重新导入工控电脑中打印控制软件，采用工艺参数，从采集的打印截面层数的下一层开始进行接续打印；
步骤7)若后续再次出现打印中断情况，重复步骤一至步骤六工作，可以再次开展接续打印。
本发明的工作方法是通过两套面结构光测量系统采集粉末床平面的数据，并以激光垂直入射粉末床光点作为原点建立粉末床坐标系，在坐标系中画出打印截面边缘轮廓形状图，以此为基准进行接续打印工作。本方法以实际的打印截面边缘轮廓为基准，可以避免接续打印后零件出现明显地层错现象，本方法流程简单，操作方便且精度高。
附图说明
图1为本发明实施例一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置结构示意图。
图2为本发明的激光选区熔化高精度接续打印工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例提供了一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，其特征在于，包括：激光器、扫描振镜、面结构光测量单元、数据采集器、工控电脑、成形腔室、成形平台、以及成形平台上的粉末床；其中，
所述激光器发射激光至扫描振镜；
所述扫描振镜将激光束扫描在成形平台上的粉末床进行成形扫描；
所述面结构光测量单元对所述成形平台上的区域进行扫描，将图像点数据传输至所述数据采集器；
所述数据采集器将图像点数据传输至工控电脑，与原加工模型进行对比，便于后续打印。
根据本发明的一个实施例，所述激光器同时包含用于熔化金属粉末的高功率光纤激光，以及与之同轴的红外指示激光。
根据本发明的一个实施例，所述面结构光测量单元至少两个，位于所述成形腔室上方。
根据本发明的一个实施例，以激光器内部红外指示激光垂直入射粉末床光点作为原点建立平面坐标系。
本发明的实施例还提供了一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置的方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1)在激光选区熔化成形过程中断后，由激光器发出一束红外指示激光经扫描振镜偏转后垂直入射到粉末床上；
步骤2)面结构光测量系统首先以粉末床上指示光斑点为原点进行坐标系建立及校正，再由对称分布的两套面结构光测量系统光源照射粉末床表面，同时由系统内部相机接收粉末床表面反射信号；
步骤3)数据采集器采集和记录面结构光测量粉末床表面的数据点，并将图像点数据传输给工控电脑；
步骤4)工控电脑中图像处理软件负责提取出粉末床表面图像特征，并在坐标系中画出零件当前打印截面边缘轮廓形状图；
步骤5)工控电脑中模型处理软件负责将步骤四中获得的打印截面边缘轮廓形状图，与零件加工模型相同层数的截面轮廓进行比对后，对原加工模型进行位置平移，使原模型截面轮廓与采集的打印截面边缘轮廓完全重合；
步骤6)将位置平移后的模型重新导入工控电脑中打印控制软件，采用工艺参数，从采集的打印截面层数的下一层开始进行接续打印；
步骤7)若后续再次出现打印中断情况，重复步骤一至步骤六工作，可以再次开展接续打印。
下面以具体的实施例对本申请的技术方案做说明。
如图1所示，本发明提供了一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，包括激光器1、数据采集器4和工控电脑9，数据采集器4连接面结构光测量系统31和面结构光测量系统32以及工控电脑9，激光器1连接扫描振镜2，扫描前，成形腔室5内设置有成形平台8，金属粉末7设置在成形平台8上，扫描振镜2、面结构光测量系统31和面结构光测量系统32均照射在加工零件6及金属粉末7形成的平面上。成形时，加工激光扫描在金属粉末7上，加工目标模型，形成加工零件6，图1的成形腔室、成形平台、加工零件的相对位置为打印的中间过程示意图。
如图2所示，本发明具体实施过程中，包括如下步骤：
步骤1：开启激光选区熔化成形设备，启动工控机8；由激光器1发出一束红外指示激光经扫描振镜2垂直入射到粉末床上；
步骤2：面结构光测量系统31和面结构光测量系统32先以粉末床上指示光点为原点进行坐标系建立及校正，再由对称分布的两套面结构光测量系统照射粉末床表面，并由系统内部相机接收粉末床表面反射信号；
步骤3：数据采集器4负责采集和记录面结构光测量粉末床表面的图像点，将图像点数据传输给工控电脑9；
步骤4：工控电脑9中图像处理软件负责提取出粉末床表面图像特征，并在坐标系中画出零件打印截面边缘轮廓形状图；
步骤5：工控电脑9中模型处理软件负责将步骤四中获得的打印截面边缘轮廓形状图，与零件加工模型相同层截面轮廓进行比对后，将原模型进行位置平移，使原模型截面轮廓与采集的打印截面边缘轮廓完全重合；
步骤6：将平移后的模型重新导入工控电脑9中打印控制软件，采用合适的工艺参数，从采集的打印截面层数的下一层开始进行接续打印；
步骤7：若后续再次出现打印中断情况，重复步骤一至步骤六工作，可以继续打印工作。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过两套面结构光测量系统采集到零件中断打印截面的轮廓信息，将其与原加工模型相同层数截面信息进行比对后，通过平移原加工模型后，使其轮廓与采集的截面轮廓完全重合后，再进行接续打印。
本发明公开了一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置及方法，本发明能够在激光选区熔化成形过程长时间中断后，打印截面由于已成形实体冷却后发生位置偏移时，通过面结构光三维测量系统对粉末床表面进行测量，并将激光垂直入射粉末床光点作为原点建立粉末床坐标系，由数据采集器将采集的测量数据发送至计算机中，由计算机图像处理软件提取出粉末床表面图像特征，然后在坐标系中画出打印截面边缘轮廓形状图。通过与加工零件模型相同层数截面进行比对后，对原加工模型进行位置平移，使加工模型截面与系统采集打印截面边缘轮廓完全重合后，再实施接续打印。本发明中的方法可以避免激光选区熔化长时间中断后再接续打印引起的层错现象，有利于保证增材制造成形件的质量。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，其特征在于，包括：激光器、扫描振镜、面结构光测量单元、数据采集器、工控电脑、成形腔室、成形平台、以及成形平台上的粉末床；其中，
所述激光器发射激光至扫描振镜；
所述扫描振镜将激光束扫描在成形平台上的粉末床进行成形扫描；
所述面结构光测量单元对所述成形平台上的区域进行扫描，将图像点数据传输至所述数据采集器；
所述数据采集器将图像点数据传输至工控电脑，与原加工模型进行对比，便于后续打印。
2.如权利要求1所述的激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，其特征在于，所述激光器同时包含用于熔化金属粉末的高功率光纤激光，以及与之同轴的红外指示激光。
3.如权利要求1所述的激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，其特征在于，所述面结构光测量单元至少两个，位于所述成形腔室上方。
4.如权利要求3所述的激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置，其特征在于，以激光器内部红外指示激光垂直入射粉末床光点作为原点建立平面坐标系。
5.采用权利要求1-4任一项所述的激光选区熔化跨时间高精度接续打印控制装置的方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1)在激光选区熔化成形过程中断后，由激光器发出一束红外指示激光，经扫描振镜偏转后垂直入射到位于成形平台上的粉末床上；
步骤2)面结构光测量单元首先以粉末床上指示光斑点为原点进行坐标系建立及校正，再由对称分布的两套面结构光测量单元光源照射粉末床表面，同时由面结构光测量单元内部相机接收粉末床表面反射信号；
步骤3)数据采集器采集和记录面结构光测量粉末床表面的数据点，并将图像点数据传输给工控电脑；
步骤4)工控电脑中图像处理软件负责提取出粉末床表面图像特征，并在坐标系中画出零件当前打印截面边缘轮廓形状图；
步骤5)工控电脑中模型处理软件负责将步骤四中获得的打印截面边缘轮廓形状图，与零件加工模型相同层数的截面轮廓进行比对后，对原加工模型进行位置平移，使原模型截面轮廓与采集的打印截面边缘轮廓完全重合；
步骤6)将位置平移后的模型重新导入工控电脑中，采用工艺参数，从采集的打印截面层数的下一层开始进行接续打印；
步骤7)若后续再次出现打印中断情况，重复步骤一至步骤六工作，实施接续打印。
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