CN113770389A - 定向能量沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种定向能量沉积设备，包括：支撑平台；熔覆机械臂；和至少一个检测装置，检测装置包括检测单元，检测单元包括：相机，相机包括机身和镜头组件，镜头组件包括镜筒、防护镜、透镜、截止滤光片和用于透射具有第一波长的光线的窄带滤光片，镜筒设在机身上，防护镜、截止滤光片、窄带滤光片和透镜从物侧起依次设在镜筒内；和补强光源，补强光源能够发射具有第一波长的光线，其中支撑平台和熔覆机械臂中的至少一者上设有检测装置。因此，根据本发明实施例的定向能量沉积设备具有便于采集到清晰无噪声、高信噪比的图像，从而便于研究定向能量沉积工艺并可实时做出调整的优点。

Description

定向能量沉积设备

技术领域

本发明涉及定向能量沉积设备领域，具体涉及一种定向能量沉积设备。

背景技术

定向能量沉积工艺(以下简称DED)在制造过程是一个极端的制造过程中，巨大的能量密度和热梯度会导致沉积的产品产生变形，影响着后续的打印过程及构件整体的打印质量。对此，发展DED过程中的形貌和变形原位监测技术、分析打印过程中的变形及其演化显得尤为重要。然而，DED沉积产品的过程是一个从高温到常温、从无到有、从液态到固态的极端转化过程，给发展DED过程中的形貌和变形原位监测技术带来了严重的挑战。缺乏针对性的有效的原位监测方法和设备直接导致定性定量研究熔覆区及其对已沉积产品的形貌变化及其变形影响的相关工作受阻，如对定向能量沉积工艺制造过程中实时监测制造产品的表面质量，根据形貌反馈制造参数，根据监测数据进行定量分析力学性能等工作发展缓慢。特征追踪分析、DIC分析等研究结果的精准度严重依赖测量方法和采集图像质量，相关技术中，难以得到清晰无噪声、高信噪比的图像，从而使得精准定量研究难以进行。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：沉积产品过程中存在熔覆激光强光干扰、粉尘环境和金属熔融辐射等极端环境问题导致采集成像过程中存在“看不清、测量难、噪声大和测不准”等问题。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种定向能量沉积设备。

根据本发明实施例的定向能量沉积设备，包括：

支撑平台；

熔覆机械臂；和

至少一个检测装置，所述检测装置包括检测单元，所述检测单元包括：

相机，所述相机包括机身和镜头组件，所述镜头组件包括镜筒、防护镜、透镜、截止滤光片和用于透射具有第一波长的光线的窄带滤光片，所述镜筒设在所述机身上，所述防护镜、所述截止滤光片、所述窄带滤光片和所述透镜从物侧起依次设在所述镜筒内；和

补强光源，所述补强光源能够发射具有所述第一波长的光线，其中所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的至少一者上设有所述检测装置。

因此，根据本发明实施例的定向能量沉积设备具有便于采集到清晰无噪声、高信噪比的图像，从而便于研究定向能量沉积工艺并可实时做出调整的优点。

在一些实施例中，所述相机和所述补强光源中的每一者可旋转地设在所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的相应的一者上，可选地，所述相机和所述补强光源中的每一者的旋转轴线垂直于所述相机的光轴。

在一些实施例中，所述检测装置包括安装座和多个所述检测单元，所述安装座设在所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的相应的一者上，多个所述检测单元沿预设方向间隔开地设在所述安装座上。

在一些实施例中，每个所述检测单元沿所述预设方向可移动地设在所述安装座上。

在一些实施例中，所述安装座包括：

限位横梁，所述限位横梁沿所述预设方向延伸，每个所述检测单元沿所述预设方向可移动地设在所述限位横梁上；

第一座体，所述第一座体沿所述预设方向相对所述限位横梁可移动地套设在所述限位横梁上，所述第一座体具有第一限位螺纹通孔，其中所述第一座体设在所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的相应的一者上；和

第一限位螺栓，所述第一限位螺栓的一部分螺纹配合在所述第一限位螺纹通孔内，所述第一限位螺栓的端部抵靠在所述限位横梁上。

在一些实施例中，每个所述检测单元进一步包括相机固定板和补强光源固定板，所述相机固定板和所述补强光源固定板中的每一者沿所述预设方向可移动地设在所述限位横梁上，所述相机设在所述相机固定板上，所述补强光源设在所述补强光源固定板。

在一些实施例中，每个所述检测单元进一步包括：

第二座体，所述第二座体沿所述预设方向相对所述限位横梁可移动地套设在所述限位横梁上，所述第二座体具有第二限位螺纹通孔，其中所述相机固定板和所述补强光源固定板中的每一者设在所述第二座体上；和

第二限位螺栓，所述第二限位螺栓的一部分螺纹配合在所述第二限位螺纹通孔内，所述第二限位螺栓的端部抵靠在所述限位横梁上。

在一些实施例中，所述相机上设有第一螺纹孔，所述补强光源上设有第二螺纹孔，每个所述检测单元进一步包括：

第一调节螺栓，所述第一调节螺栓的一部分穿过所述相机固定板且螺纹配合在所述第一螺纹孔内，所述第一螺纹孔和所述第一调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于所述相机的光轴；和

第二调节螺栓，所述第二调节螺栓的一部分穿过所述补强光源固定板且螺纹配合在所述第二螺纹孔内，所述第二螺纹孔和所述第二调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于所述相机的光轴。

在一些实施例中，所述透镜为变焦透镜。

在一些实施例中，所述防护镜由全波段通过的光学透明玻璃制成，所述截止滤光片为近红外截止滤波片，所述窄带滤光片为带通滤光片，所述第一波长为400nm-480nm，可选地，所述截止滤光片对波长大于942nm的光线的透过率为0％，所述截止滤光片对波长大于等于744nm且小于等于942nm的光线的透过率小于等于13％，所述窄带滤光片对所述第一波长的光线的透过率大于等于90％。

附图说明

图1是根据本发明实施例的定向能量沉积设备的示意图。

图2是根据本发明实施例的定向能量沉积设备的示意图。

图3是根据本发明实施例的检测装置的示意图。

图4是根据本发明实施例的检测装置的示意图。

图5是根据本发明实施例的定向能量沉积设备的爆炸图的示意图。

图6是根据本发明实施例的右检测单元爆炸图的示意图。

图7是根据本发明实施例的右检测单元爆炸图的示意图。

图8是根据本发明实施例的左检测单元爆炸图的示意图。

图9是根据本发明实施例的左检测单元爆炸图的示意图。

图10是根据本发明实施例的右第二限位螺栓的示意图。

图11是根据本发明实施例的第一座体的示意图。

图12a相关技术的检测装置采集的图像。

图12b是根据本发明实施例的检测装置采集的图像。

图13a是根据本发明实施例的检测装置采集的熔覆层波浪化现象的图像。

图13b是根据本发明实施例的检测装置采集的调整后的熔覆层的图像。

图14a是根据本发明实施例的检测装置采集的产品表面沉积质量的图像。

图14b是图14a的线框A处的放大图。

图14c是图14a的线框B处的放大图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000。如图1至图14c所示，根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000包括支撑平台20、熔覆机械臂30和至少一个检测装置10。

检测装置10包括检测单元11，检测单元11包括相机100和补强光源170。

相机100包括机身150和镜头组件。镜头组件包括镜筒、防护镜110、透镜140、截止滤光片120和用于透射具有第一波长的光线的窄带滤光片130。镜筒设在机身150上，防护镜110、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜140从物侧起依次设在镜筒内。补强光源170能够发射具有第一波长的光线。其中，支撑平台20和熔覆机械臂30中的至少一者上设有检测装置10，即检测装置10设在支撑平台20和熔覆机械臂30中的至少一者上。

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：在利用定向能量沉积工艺制造(沉积)产品时，需要对产品的形貌和变形进行原位监测。但是，利用定向能量沉积工艺制造产品过程中，存在熔覆激光强光干扰、粉尘环境和金属熔融辐射等极端环境问题，导致采集成像过程中存在“看不清、测量难、噪声大、测不准”等问题，从而无法得到清晰无噪声、高信噪比的图像。而进行特征追踪分析、DIC分析等研究结果的精准度严重依赖测量方法和采集图像质量。图像噪声是指存在于图像数据中的不必要的或多余的干扰信息。图像中各种妨碍人们对其信息接受的因素即可称为图像噪声。

根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000的检测装置10通过设置防护镜110，从而不仅可保护在工业应用中镜头组件不受高温金属飞溅物带来的损害，而且降低极端制造过程中粉尘等恶劣环境对镜头组件稳定的影响。因此，防护镜110可将“极端制造环境中的粉尘、金属飞溅物等”阻挡在相机100外，使其无法进入相机100的镜头组件中，进而无法影响测量物体表面采集成像。即防护镜110可保护相机100成像时不受“粉尘、金属飞溅物等”影响，可顺利采集成像。

根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000的检测装置10通过设置截止滤光片120，从而可屏蔽定向能量沉积工艺制造过程中使用的激光和金属熔融凝固过程产生的强光这两类成像“干扰光源”的高强光波段，使“干扰光源”的高强光波段无法到达成像点(无法到达相机100的靶面)，进而不会对成像产生影响。

也就是说，截止滤光片120可解决“干扰光源”的高强光波段对图像成像造成的影响，即可解决采集图像结果“看不清，测量难”的问题。因此，截止滤光片120可使得相机100对已沉积区域和沉积区熔池附近关键区域进行高质量、低噪音的监测，使得相机100可得到高质量、低噪音的采集图像，扩大了图像有效分析数据的范围。

根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000的检测装置10通过设置窄带滤光片130，从而可保证单一指定的窄带波段光(具有第一波长的光线)通过透镜140到达成像点(第一波长外的光线无法到达相机100的靶面)，即相机100所形成的图像只与指定窄带波段的光有关，其他波段的光束的传播被阻断、进而不影响测量物体表面采集成像过程。

补强光源170能够发射具有第一波长的光线。具体地，第一波长的光线为可顺利通过窄带滤光片130的窄带波段的光。通过窄带滤光片130和补强光源170配合，将图像成像时受环境因素较大且不可控改变成稳定的可控的主动光源，从而降低受环境因素较大这一主要影响因素对图像成像时的影响。补强光源170和窄带滤光片130的配合可减少定向能量沉积生产制造过程中环境杂光造成的不可控图像噪音，提高了检测单元11采集高信噪比图像的能力，使得相机100的采集成像质量高，解决了采集图像结果“噪声大、测不准”的问题。

根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000通过在镜筒内依次设置防护镜110、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜140，且补强光源170能够发射具有第一波长的光线。从而使得检测单元11在采集成像时，防护镜110可保护相机100成像时不受“粉尘、金属飞溅物”影响；截止滤光片120可使得相机100对已沉积区域和沉积区熔池附近关键区域高质量、低噪音的监测，扩大了图像有效分析数据的范围；补强光源170和窄带滤光片130 的配合可减少定向能量沉积生产制造过程中环境杂光造成的不可控图像噪音，提高了相机 100采集图像的质量。

也就是说，通过具有护镜、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜140相机100与补强光源170的配合，使得具有第一波长的光线在穿过截止滤光片120和窄带滤光片130 并通过透镜140成像时图片清晰无噪声、信噪比高。即检测单元11可克服沉积生产制造过程中由于熔覆激光强光干扰、粉尘环境和金属熔融辐射等极端环境问题导致采集成像过程中存在“看不清、测量难、噪声大、测不准”等问题。从而使得采集单元可采集到清晰无噪声、高信噪比的图像，从而便于进行精准定向能量沉积工艺研究。并且可根据检测结果对定向能量沉积工艺及时调整，从而提高构件整体的打印质量。

因此，根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000具有便于采集到清晰无噪声、高信噪比的图像，从而便于研究定向能量沉积工艺并可实时做出调整以便提高构件整体的打印质量的优点。

如图1至图11所示，根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000包括支撑平台20、熔覆机械臂30和至少一个检测装置10。

如图1和图2所示，在一些实施例中，支撑平台20和熔覆机械臂30中的至少一者上设有检测装置10。支撑平台20和熔覆机械臂30中的至少一者上设有检测装置10包括： a.支撑平台20上设有检测装置10(如图1所示)，当支撑平台20上设有检测装置10时，使得检测装置10可进行定位原位测量，即检测装置10的测量区域不随着沉积熔覆区域的移动而变化，检测装置10在熔覆过程中测量区域始终不变，此时检测装置10可对熔覆沉积位置变化对已沉积的产品形貌变化及其变形进行实时原位监测；b.熔覆机械臂30上设有检测装置10(如图2所示)，当熔覆机械臂30上设有检测装置10时，使得检测装置10可进行随动原位测量，即检测装置10的测量区域随着沉积熔覆区域的移动而移动，此时检测装置10的可对熔覆区的形貌变化及其变形进行实时原位监测；c.支撑平台20和熔覆机械臂30上都设有检测装置10，当支撑平台20和熔覆机械臂30上都设有检测装置10时，支撑平台20上的检测装置10可进行定位原位测量，即支撑平台20上的检测装置10的测量区域不随着沉积熔覆区域的移动而变化，支撑平台20上的检测装置10在熔覆过程中测量区域始终不变，此时支撑平台20上的检测装置10可对熔覆沉积位置变化对已沉积的产品形貌变化及其变形进行实时原位监测，熔覆机械臂30上的检测装置10可进行随动原位测量，即熔覆机械臂30上的检测装置10的测量区域随着沉积熔覆区域的移动而移动，此时熔覆机械臂30上的检测装置10的可对熔覆区的形貌变化及其变形进行实时原位监测。

如图3所示，在一些实施例中，检测装置10包括安装座和多个检测单元11，多个检测单元11沿预设方向间隔开地设在安装座上。多个间隔设置的检测单元11使得检测装置10采集图像的范围更大，采集的角度更多并使得采集图像更加准确。每个检测单元11沿预设方向可移动地设在安装座上，从而使得每个检测单元11可单独在预设方向上调节位置，使得每个检测单元11的位置更加准确和便于成像。例如，预设方向为左右方向，多个检测单元11沿左右方向间隔开地设在安装座上，且每个检测单元11沿左右方向可移动地设在安装座上。安装座设在支撑平台20和熔覆机械臂30中的相应的一者上。具体地，支撑平台20上设有检测装置10时，安装座设在支撑平台20上(如图1所示)；熔覆机械臂 30上设有检测装置10时，安装座设在熔覆机械臂30上(如图2所示)；支撑平台20和熔覆机械臂30上都设有检测装置10时，安装座设在支撑平台20和熔覆机械臂30上。左右方向如图3中的箭头A所示。

如图3所示，安装座包括限位横梁301、第一座体302和第一限位螺栓303。

限位横梁301沿预设方向延伸，每个检测单元11沿预设方向可移动地设在限位横梁 301上。从而使得每个检测单元11可单独在限位横梁301上沿预设方向移动来调节位置，使得每个检测单元11的位置更加准确和便于成像。例如，限位横梁301沿左右方向延伸，每个检测单元11沿左右方向可移动地设在限位横梁301上，从而便于每个检测单元11可单独再在限位横梁301上沿左右方向移动来调节检测位置。

第一座体302沿预设方向相对限位横梁301可移动地套设在限位横梁301上。使得限位横梁301可在第一座体302上沿预设方向移动，从而可扩大限位横梁301上的检测单元11的在预设方向移动范围，即扩大了检测单元11的测量范围。进而便于多个检测单元11 可同时相对于第一座体302沿预设方向移动，从而便于在预设方向上同时调节多个检测单元11的检测点。具体地，第一座体302为环状，第一座体302上设有贯穿其的第一座体贯穿孔3022，第一座体302通过第一座体贯穿孔3022沿预设方向可移动地套设在限位横梁 301上。例如，第一座体302沿左右方向相对限位横梁301可移动地套设在限位横梁301 上。使得限位横梁301可在第一座体302上沿左右方向移动，便于多个检测单元11可同时相对于第一座体302沿左右方向移动，从而便于在左右方向上同时调节多个检测单元11的检测点。第一座体设在支撑平台20和熔覆机械臂30中的相应的一者上。具体地，安装座设在支撑平台20上时，第一座体设在支撑平台20上；安装座设在熔覆机械臂30上时，第一座体设在熔覆机械臂30上；安装座设在支撑平台20和熔覆机械臂30上时，第一座体设在支撑平台20和熔覆机械臂30上。

如图5和11所示，第一座体302具有第一限位螺纹通孔3021，具体地，第一限位螺纹通孔3021设有两个，两个第一限位螺纹通孔3021设在第一座体302的后端。第一限位螺栓303的一部分螺纹配合在第一限位螺纹通孔3021内，第一限位螺栓303的端部抵靠在限位横梁301上。因此，当第一座体302与限位横梁301需要相互移动时，转动第一限位螺栓303使其从第一限位螺纹通孔3021内松开，即第一限位螺栓303的端部不再抵靠在限位横梁301上，以便限位横梁301可相对于第一座体302滑动。之后，再次反转第一限位螺栓303并使得第一限位螺栓303的端部抵靠在限位横梁301上从而保证限位横梁301相对于第一座体302保持固定状态。

如图11所示，在一些实施例中，第一座体302下端设有两个第一座体连接螺纹通孔3023，以便第一座体302通过第一座体连接螺纹通孔3023设在支撑平台20和熔覆机械臂 30中的相应的一者上，从而使得支撑平台20和熔覆机械臂30中的至少一者上设有检测装置10。

如图1至图11所示，检测单元11包括相机100、补强光源170、相机固定板160和补强光源固定板180。例如，相机100为CCD相机，CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和抗撞击的特性。从而使得检测单元11具有体积小、重量轻、不受磁场影响的特性。CCD相机可对定向能量沉积制造的物体表面进行光电信号转换，将光学信号转换成数字图像，为变形定量分析提供数据。

如图4所示，相机固定板160和补强光源固定板180中的每一者沿预设方向可移动地设在限位横梁301上，相机100设在相机固定板160上，补强光源170设在补强光源固定板180。因此，相机100和补强光源170中的每一者沿预设方向可移动地设在限位横梁301 上。例如，相机固定板160和补强光源固定板180中的每一者沿左右方向可移动地设在限位横梁301上，从而使得相机100和补强光源170中的每一者沿左右方向可移动地设在限位横梁301上。

在一些实施例中，检测单元11包括第二座体180和第二限位螺栓181。

第二座体180沿预设方向相对限位横梁301可移动地套设在限位横梁301上。具体地，第二座体180为环状，第二座体180上设有贯穿其的第二座体贯穿孔，第二座体180通过第二座体贯穿孔沿预设方向可移动地套设在限位横梁301上。其中，相机固定板160和补强光源固定板180中的每一者设在第二座体180上。例如，相机100、相机固定板160、第二座体180、补强光源固定板180和补强光源170从上至下依次连接。第二座体180沿左右方向相对限位横梁301可移动地套设在限位横梁301上，从而使得相机100和补强光源 170中的每一者可沿左右方向可移动地设在限位横梁301上。上下方向如图3中的箭头B 所示。

第二座体180具有第二限位螺纹通孔，例如，第二座体180后端具有第二限位螺纹通孔。第二限位螺栓181的一部分螺纹配合在第二限位螺纹通孔内，第二限位螺栓181的端部抵靠在限位横梁301上。因此，当第二座体180与限位横梁301需要相互移动时，转动第二限位螺栓181使其从第二限位螺纹通孔内松开，即第二限位螺纹通孔的端部不再抵靠在限位横梁301上，以便第二座体180可相对于限位横梁301滑动。之后，再次反转第二限位螺栓181并使得第二限位螺栓181的端部抵靠在限位横梁301上从而保证第二座体180 相对于限位横梁301保持固定状态。

在一些实施例中，相机100和补强光源170中的每一者可旋转地设在支撑平台20和熔覆机械臂30中的相应的一者上。例如，相机100和补强光源170中的每一者在水平方向上可旋转地设在支撑平台20和熔覆机械臂30中的相应的一者上。进而使得相机100和补强光源170的在水平方向上可调，即使得检测单元11的监测方向(监测点)可调。为调整相机100的光轴、补强光源170照射方向与测量物体表面的夹角提供了便利。从而使得可通过调节相机100的光轴方向可测量不同焦平面内的平面表面和曲面表面。例如，测量对象为曲面表面时，可将两个相机100通过旋转使其的光轴具有一定的夹角，从而使其便于测量曲面表面。相机100和补强光源170中的每一者可旋转地设在支撑平台20和熔覆机械臂 30中的相应的一者上使得相机100能得到更加精准、无噪声的采集图像。

可选地，相机100和补强光源170中的每一者的旋转轴线垂直于相机100的光轴，例如，相机100和补强光源170中的每一者的旋转轴线沿上下方向延伸，相机100的光轴沿水平方向延伸。

在一些实施例中，相机100上设有第一螺纹孔，补强光源170上设有第二螺纹孔。每个检测单元11进一步包括第一调节螺栓和第二调节螺栓。

第一调节螺栓的一部分穿过相机固定板160且螺纹配合在第一螺纹孔内，第一螺纹孔和第一调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于相机100的光轴。第一螺纹孔的数量为一个，因此，相机100围绕第一螺纹孔可改变方向(光轴方向)地设在相机固定板160上。具体地，调整好相机100的方向后再通过第一调节螺栓和第一螺纹孔螺纹配合以便将相机100固定在相机固定板160上。需要调节相机100光轴方向时，将第一调节螺栓从第一螺纹孔中拧出，在改变相机100光轴方向后将第一调节螺栓和第一螺纹孔螺纹连接。第一调节螺栓的延伸方向为上下方向，即相机100的旋转轴线沿上下方向延伸，相机100的光轴沿水平方向延伸。

第二调节螺栓的一部分穿过补强光源固定板180且螺纹配合在第二螺纹孔内，第二螺纹孔和第二调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于相机100的光轴。第二螺纹孔的数量为一个，因此，补强光源170围绕第二螺纹孔可改变方向(照射方向)地设在过补强光源固定板180上。具体地，调整好补强光源170的方向后再通过第二调节螺栓和第二螺纹孔螺纹配合以便将补强光源170固定在补强光源固定板180上。需要调节补强光源170照射方向时，将第二调节螺栓从第二螺纹孔中拧出，在改变补强光源170的照射方向后将第二调节螺栓和第二螺纹孔螺纹连接。第二调节螺栓的延伸方向为上下方向，即补强光源170的旋转轴线沿上下方向延伸。

不同的测量对象对相机100的采集光轴角度和补强光源170的照射角度有不同的要求，可通过第一调节螺栓调节相机100的采集光轴角度，通过第二调节螺栓调节补强光源170 的照射角度。从而使得相机100和补强光源170调节方式简单灵活、便于操作。同时可使多个检测单元11照射的光束均匀的照射到测量区域，确保多个检测单元11成像的成像光强大致相同，没有区域出现图像过曝光现象

在一些实施例中，相机100包括机身150和镜头组件。镜头组件包括镜筒、防护镜110、透镜140、截止滤光片120和用于透射具有第一波长的光线的窄带滤光片130。镜筒设在机身150上，防护镜110、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜140从物侧起依次设在镜筒内。例如，防护镜110、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜140从前至后依次设在镜筒内。前后方向如图3中的箭头C所示。

根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000通过在镜筒内依次设置防护镜110、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜140，且补强光源170能够发射具有第一波长的光线。从而使得检测单元11在采集成像时，防护镜110可保护相机100成像时不受“粉尘、金属飞溅物”影响；截止滤光片120可使得相机100对已沉积区域和沉积区熔池附近关键区域高质量、低噪音的监测，扩大了图像有效分析数据的范围；补强光源170和窄带滤光片130 的配合可减少定向能量沉积生产制造过程中环境杂光造成的不可控图像噪音，提高了相机 100采集图像的质量。也就是说，通过具有护镜、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜 140相机100与补强光源170的配合，使得具有第一波长的光线在穿过截止滤光片120和窄带滤光片130并通过透镜140成像时图片清晰无噪声、信噪比高。即检测单元11可克服沉积产品过程中由于熔覆激光强光干扰、粉尘环境和金属熔融辐射等极端环境问题导致采集成像过程中存在“看不清、测量难、噪声大、测不准”等问题。从而使得采集单元可采集到清晰无噪声、高信噪比的图像，从而便于进行精准定量研究。

在一些实施例中，透镜140为变焦透镜140。变焦透镜140使得相机100能够实现焦距的调节，即改变镜头焦距的长短，并改变镜头的视角大小，从而实现对不同焦平面内的物体进行测量，可应对多种测量需求。

在一些实施例中，防护镜110由全波段通过的光学透明玻璃制成，从而便于光线穿过防护镜110且可将“极端制造环境中的粉尘、金属飞溅物”阻挡在相机100外。

截止滤光片120为近红外截止滤波片，红外截止滤波片可使得波长大于942nm的光束通过率为0％，波长在744-942nm之间光束的通过率小于等于13％。因此，截止滤光片120对波长大于942nm的光线的透过率为0％，截止滤光片120对波长大于等于744nm且小于等于942nm的光线的透过率小于等于13％，即截止滤光片120使“干扰光源”的高强光波段无法到达成像点(无法到达相机100的靶面)，进而不会对成像产生影响。

窄带滤光片130为带通滤光片。具体地，窄带滤光片130为短波带通滤光片(波长在400nm-480nm之间的光束通过率为大于等于90％，其他波段通过率为0％)，从而便于波长在400nm-480nm之间的光束便于通过窄带滤光片130。

第一波长为400nm-480nm，因此，窄带滤光片130对第一波长的光线的透过率大于等于90％。补强光源170和窄带滤光片130的配合可减少定向能量沉积生产制造过程中环境杂光造成的不可控图像噪音，提高了检测单元11采集高信噪比图像的能力，使得相机100的采集成像质量高，解决了采集图像结果“噪声大、测不准”的问题。

图12a相关技术的检测装置采集的图像，图12b是根据本发明实施例的检测装置10采集的图像。如图12a所示，相关技术的检测装置采集成像过程中存在“看不清、测量难、噪声大、测不准”等问题，因此相关技术的检测装置无法得到清晰无噪声、高信噪比的图像。如图12b所示，图12b的图像清晰无噪声，图片质量好，表明根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000解决了激光强光干扰和金属熔融辐射对图像成像的影响，实现了对已沉积区域和沉积区熔池附近关键区域高质量低噪音的监测。根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000通过在镜筒内依次设置防护镜110、截止滤光片120、窄带滤光片130和透镜140，且补强光源170能够发射具有第一波长的光线。从而使得检测装置10在采集成像时，便于采集到清晰无噪声、高信噪比的图像，进而便于研究定向能量沉积工艺并可实时做出调整以便提高构件整体的打印质量。具体地，图13a是检测装置10采集的熔覆层波浪化现象的图像，如13a图所示，熔覆层上表面不平整，得到此图像并发现问题后可及时调整参数，使得熔覆层(如图13b所示的熔覆层)上表面较为平整，从而提高构件整体的打印质量。

图14a是检测装置10采集的产品表面沉积质量的图像。图14b是图14a的线框A处的放大图，图14c是图14a的线框B处的放大图。如图14a、14b和14c所示，根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000可检测产品曲面表面的表面沉积质量，从而将形貌出现问题的地方通过检测装置10采集的图像表现出来，以便于工作人员了解并解决问题。即可通过根据本发明实施例的定向能量沉积设备1000可测量不同焦平面内的平面表面和曲面表面。将原来形貌出现问题的试样通过图像可视化，并可直接调整制造参数，进而将问题消除。

如图1至图11所示，在一个具体地实施例中，在一些实施例中，每个检测装置10包括一个安装座、左检测单元和右检测单元。

安装座包括限位横梁301、第一座体302和第一限位螺栓303。限位横梁301沿左右方向延伸，第一座体302为环状，第一座体302上设有贯穿其的第一座体贯穿孔3022，第一座体302通过第一座体贯穿孔3022沿左右方向可移动地套设在限位横梁301上。

左检测单元和右检测单元沿左右方向相对设置，左检测单元和右检测单元沿左右方向可移动地设在限位横梁301上，左检测单元位于第一座体302左侧，右检测单元位于第一座体302右侧，左检测单元和右检测单元可在限位横梁301上沿左右方向移动来调节位置。

具体地，右检测单元包括从上至下依次连接的右相机105、右相机固定板106、右第二座体1101、右补强光源固定板108和右补强光源109。

右第二座体1101具有右第二限位螺纹通孔1102和右第二座体穿孔1103。右第二座体 1101通过右第二座体穿孔1103沿右右方向相对限位横梁301可移动地套设在限位横梁301 上，从而使得右相机105和右补强光源109中的每一者可沿右右方向可移动地设在限位横梁301上。

右检测单元还包括右第二限位螺栓107，右第二限位螺栓107的一部分右(第二限位螺栓螺纹1071)螺纹配合在右第二限位螺纹通孔1102内，第二限位螺栓107的端部抵靠在限位横梁301上。

右相机105上设有右第一螺纹孔1051，右补强光源109上设有右第二螺纹孔1091。右检测单元进一步包括右第一调节螺栓和右第二调节螺栓。

右第一调节螺栓的一部分穿过右相机固定板106且螺纹配合在右第一螺纹孔1051内，右第一螺纹孔1051和右第一调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于右相机105的光轴。右第一螺纹孔1051的数量为一个，因此，右相机105围绕右第一螺纹孔1051可改变方向地设在右相机固定板106上。右第一调节螺栓的延伸方向为上下方向，即右相机105的旋转轴线沿上下方向延伸，右相机105的光轴沿水平方向延伸。

右第二调节螺栓的一部分穿过右补强光源固定板108且螺纹配合在右第二螺纹孔1091 内，右第二螺纹孔1091和右第二调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于右相机105的光轴。右第二螺纹孔1091的数量为一个，因此，右补强光源109围绕右第二螺纹孔1091可改变方向地设在过右补强光源固定板108上。右第二调节螺栓的延伸方向为上下方向，即右补强光源109的旋转轴线沿上下方向延伸。

右相机105包括右机身和右镜头组件。右镜头组件包括右镜筒、右防护镜101、右透镜104、右截止滤光片102和用于透射具有第一波长的光线的右窄带滤光片103。右镜筒设在右机身上，右防护镜101、右截止滤光片102、右窄带滤光片103和右透镜104从前至后依次设在右镜筒内。

左检测单元包括从上至下依次连接的左相机205、左相机固定板206、左第二座体210、左补强光源固定板208和左补强光源209。

左第二座体210具有左第二限位螺纹通孔2102和左第二座体穿孔2103。左第二座体 210通过左第二座体穿孔2103沿左左方向相对限位横梁301可移动地套设在限位横梁301 上，从而使得左相机205和左补强光源209中的每一者可沿左左方向可移动地设在限位横梁301上。

左检测单元还包括左第二限位螺栓207，左第二限位螺栓207的一部分左螺纹配合在左第二限位螺纹通孔2102内，第二限位螺栓207的端部抵靠在限位横梁301上。

左相机205上设有左第一螺纹孔2051，左补强光源209上设有左第二螺纹孔2091。左检测单元进一步包括左第一调节螺栓和左第二调节螺栓。

左第一调节螺栓的一部分穿过左相机固定板206且螺纹配合在左第一螺纹孔2051内，左第一螺纹孔2051和左第一调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于左相机205的光轴。左第一螺纹孔2051的数量为一个，因此，左相机205围绕左第一螺纹孔2051可改变方向地设在左相机固定板206上。左第一调节螺栓的延伸方向为上下方向，即左相机205的旋转轴线沿上下方向延伸，左相机205的光轴沿水平方向延伸。

左第二调节螺栓的一部分穿过左补强光源固定板208且螺纹配合在左第二螺纹孔2091 内，左第二螺纹孔2091和左第二调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于左相机205的光轴。左第二螺纹孔2091的数量为一个，因此，左补强光源209围绕左第二螺纹孔2091可改变方向地设在过左补强光源固定板208上。左第二调节螺栓的延伸方向为上下方向，即左补强光源209的旋转轴线沿上下方向延伸。

左相机205包括左机身和左镜头组件。左镜头组件包括左镜筒、左防护镜201、左透镜204、左截止滤光片202和用于透射具有第一波长的光线的左窄带滤光片203。左镜筒设在左机身上，左防护镜201、左截止滤光片202、左窄带滤光片203和左透镜204从前至后依次设在左镜筒内。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种定向能量沉积设备，其特征在于，包括：

支撑平台；

熔覆机械臂；和

至少一个检测装置，所述检测装置包括检测单元，所述检测单元包括：

相机，所述相机包括机身和镜头组件，所述镜头组件包括镜筒、防护镜、透镜、截止滤光片和用于透射具有第一波长的光线的窄带滤光片，所述镜筒设在所述机身上，所述防护镜、所述截止滤光片、所述窄带滤光片和所述透镜从物侧起依次设在所述镜筒内；和

补强光源，所述补强光源能够发射具有所述第一波长的光线，其中所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的至少一者上设有所述检测装置。

2.根据权利要求1所述的定向能量沉积设备，其特征在于，所述相机和所述补强光源中的每一者可旋转地设在所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的相应的一者上，可选地，所述相机和所述补强光源中的每一者的旋转轴线垂直于所述相机的光轴。

3.根据权利要求1所述的定向能量沉积设备，其特征在于，所述检测装置包括安装座和多个所述检测单元，所述安装座设在所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的相应的一者上，多个所述检测单元沿预设方向间隔开地设在所述安装座上。

4.根据权利要求3所述的定向能量沉积设备，其特征在于，每个所述检测单元沿所述预设方向可移动地设在所述安装座上。

5.根据权利要求4所述的定向能量沉积设备，其特征在于，所述安装座包括：

限位横梁，所述限位横梁沿所述预设方向延伸，每个所述检测单元沿所述预设方向可移动地设在所述限位横梁上；

第一座体，所述第一座体沿所述预设方向相对所述限位横梁可移动地套设在所述限位横梁上，所述第一座体具有第一限位螺纹通孔，其中所述第一座体设在所述支撑平台和所述熔覆机械臂中的相应的一者上；和

第一限位螺栓，所述第一限位螺栓的一部分螺纹配合在所述第一限位螺纹通孔内，所述第一限位螺栓的端部抵靠在所述限位横梁上。

6.根据权利要求5所述的定向能量沉积设备，其特征在于，每个所述检测单元进一步包括相机固定板和补强光源固定板，所述相机固定板和所述补强光源固定板中的每一者沿所述预设方向可移动地设在所述限位横梁上，所述相机设在所述相机固定板上，所述补强光源设在所述补强光源固定板。

7.根据权利要求6所述的定向能量沉积设备，其特征在于，每个所述检测单元进一步包括：

第二座体，所述第二座体沿所述预设方向相对所述限位横梁可移动地套设在所述限位横梁上，所述第二座体具有第二限位螺纹通孔，其中所述相机固定板和所述补强光源固定板中的每一者设在所述第二座体上；和

第二限位螺栓，所述第二限位螺栓的一部分螺纹配合在所述第二限位螺纹通孔内，所述第二限位螺栓的端部抵靠在所述限位横梁上。

8.根据权利要求6所述的定向能量沉积设备，其特征在于，所述相机上设有第一螺纹孔，所述补强光源上设有第二螺纹孔，每个所述检测单元进一步包括：

第一调节螺栓，所述第一调节螺栓的一部分穿过所述相机固定板且螺纹配合在所述第一螺纹孔内，所述第一螺纹孔和所述第一调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于所述相机的光轴；和

第二调节螺栓，所述第二调节螺栓的一部分穿过所述补强光源固定板且螺纹配合在所述第二螺纹孔内，所述第二螺纹孔和所述第二调节螺栓中的每一者的延伸方向垂直于所述相机的光轴。

9.根据权利要求1所述的定向能量沉积设备，其特征在于，所述透镜为变焦透镜。

10.根据权利要求1所述的定向能量沉积设备，其特征在于，所述防护镜由全波段通过的光学透明玻璃制成，所述截止滤光片为近红外截止滤波片，所述窄带滤光片为带通滤光片，所述第一波长为400nm-480nm，可选地，所述截止滤光片对波长大于942nm的光线的透过率为0％，所述截止滤光片对波长大于等于744nm且小于等于942nm的光线的透过率小于等于13％，所述窄带滤光片对所述第一波长的光线的透过率大于等于90％。

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