CN114444143A - 增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制 - Google Patents

Abstract

提供了用于增材制造过程的基于光学的监测的系统和方法。在一个示例中，一种方法包括获得表示使用增材制造过程制造的结构的层的光学数据，将光学数据与与该结构相关联的标准光学表示进行比较，确定表示该层的光学数据与标准光学表示之间的一个或多个不符合条件，以及至少部分地基于一个或多个不符合条件来实施控制动作。

Description

增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制

技术领域

本公开大体涉及监测和控制增材制造过程的构建过程。

背景技术

与减材制造方法相反，增材制造(AM)过程通常涉及一种或多种材料的堆积，以制造净形或近净形(NNS)物体。虽然“增材制造”是一个行业标准术语(ISO/ASTM52900)，但AM包含以各种名称为人所知的各种制造和原型制作技术，包括自由成型制造、3D打印、快速原型制作/模具制造等。AM技术能够用多种材料制造复杂的部件。通常，独立物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造。

特定类型的AM过程使用能量源(例如辐射发射引导装置)，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，形成一层熔合区域，其中粉末材料的颗粒结合在一起。AM过程可以使用不同的材料系统或增材粉末，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属和/或陶瓷。激光烧结或熔化是快速制造功能原型和工具的显著AM过程。应用包括复杂工件的直接制造、熔模铸造模式、注塑和压铸的金属模具以及砂型铸造的模具和型芯。制造原型物体以增强设计周期中概念的交流和测试是AM过程的其他常见用途。

发明内容

方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践获知。

大体提供用于监测分层增材制造过程的方法和系统。

例如，该方法可以包括：通过包括一个或多个计算装置的计算系统获得由图像捕获装置捕获的几何测量数据，该几何测量数据表示使用增材制造过程制造的结构的层；通过计算系统将几何测量数据与与结构相关联的标准光学表示进行比较；通过计算系统确定表示层的几何测量数据和标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；以及通过计算系统至少部分地基于一个或多个不符合条件来实施控制动作。

在一个实施例中，该系统可以包括：表面，该表面被构造为保持通过逐层增材制造过程制造的结构的一个或多个层；图像捕获装置，图像捕获装置被构造为在分层增材制造过程中获得结构的几何测量数据；一个或多个处理器；以及一个或多个存储器装置，该一个或多个存储器装置存储计算机可读指令，该计算机可读指令当由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器执行操作，该操作包括：获得通过成像系统捕获的几何测量数据，几何测量数据表示使用增材制造过程制造的结构中的一个或多个层中的层；将几何测量数据与与结构相关联的标准光学表示进行比较；确定代表层的几何测量数据和标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；以及至少部分地基于一个或多个不符合条件实施控制动作。

大体还提供用于通过激光增材制造制造零件的方法。例如，该方法可以包括：(a)在粉末床中照射粉末层以形成熔合层；(b)通过使重涂器机构通过粉末床，在粉末床上提供后续的粉末层；(c)重复步骤(a)和(b)以在粉末床中形成零件；(d)在进行步骤(a)-(c)的同时，获取通过图像捕获装置捕获的几何测量数据，该几何测量数据代表熔合层；(e)将几何测量数据与代表熔合层的标准光学表示进行比较；(f)确定代表熔合层的几何测量数据与标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；(g)至少部分地基于一个或多个不符合条件实施控制动作。

参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解这些和其他特征、方面和优点。包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图说明了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的某些原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式。

图1示出了根据本主题的示例实施例的利用增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制的示意图。

图2描绘了根据本主题的示例实施例的用于增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制的示例方法的流程图。

图3描绘了根据本主题的示例实施例的用于增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制的示例方法的流程图。

图4示出了根据本公开的示例实施例的分层增材制造系统中的层的基于光学的监测的示例。

图5描绘了根据本主题的示例实施例的用于确定表示层的几何测量数据和标准光学表示之间的一个或多个不符合条件的示例方法的流程图。

图6示出了根据本公开的示例实施例的计算系统的框图。

在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或要素。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，附图中示出了其一个或多个示例。提供每个示例是为了解释本发明，而不是对本发明进行限制。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变化。

如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。此外，如本文所用，诸如“约”、“基本上”或“大约”的近似术语是指在百分之二十的误差范围内。

本公开的示例实施例涉及用于控制增材制造过程的系统和方法。尽管增材制造过程提供了复杂部件的设计，否则这些部件将无法制造，但检查制造的部件是一项重大挑战。此外，制造不合规部件的时间和材料成本对制造商来说是一个重大风险。

X射线计算机断层扫描(CT)可用于分析成品部件。然而，较大部件所需的更高能量X射线证明分辨率不足以正确分析部件。此外，仅通过分析成品部件，在制造过程本身中无法纠正或停止增材制造系统。

结果，制造的部件可能不符合某个质量度量。这种不符合会带来风险，因为传统的成像技术可能不足以检测部件中的缺陷。无法检测缺陷可能会带来挑战。此外，即使检测到缺陷，完成缺陷部件对制造商来说也意味着时间和材料成本。

因此，用于增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制的系统和方法将是有用的。更具体地，一种在分层增材制造过程中动态评估各个层的质量并基于评估实施控制动作的方法。

本公开的示例方面利用几何测量数据来监测和控制增材制造过程。增材制造过程可以在表面上沉积一层粉末。该层粉末可以固化成正在制造的结构层。代表层的几何测量数据可以通过多种方式获得，包括但不限于红外成像、高分辨率相机等。如有必要，可以对几何测量数据进行预处理，以便于对层进行评估。例如，几何测量数据可以经历对比度增强，以描绘层的形状。

可以将几何测量数据与标准光学表示进行比较。标准光学表示可以代表结构的示例层。标准光学表示可以是但不限于由计算机辅助设计软件生成的文件、数字图像或二进制几何测量数据。

可以使用图像捕获装置捕获代表性结构的数字图像。例如，代表性结构的数字图像可以是描绘代表性结构中的层的几何测量数据。可以至少部分地基于与代表性结构的层的最佳描绘相关联的准确度来选择代表性结构的数字图像。代表性结构的数字图像可能已经在之前的增材制造构建过程中捕获，或者可能已经准备好以在增材制造构建过程之外进行捕获。例如，增材制造过程可以迭代地获得代表性结构的多个数字图像，并不断确定最准确的数字图像来作为标准的光学表示。

通过将几何测量数据与标准光学表示进行比较，可以确定是否存在不符合条件。不符合条件可以是几何测量数据不符合标准光学表示的条件。例如，表示比标准光学表示等效物长3厘米的层的一个边缘的几何测量数据可以被确定为不符合条件。在另一示例中，表示比标准光学表示等效物长0.5厘米的层的一个边缘的几何测量数据可以不被确定为不符合条件。

可以基于一个或多个不符合条件来实施控制动作。控制动作可包括但不限于发送警告信号、停止增材制造过程和/或修改增材制造过程的一个或多个过程参数。例如，控制动作可以完全关闭增材制造过程。在另一个示例中，控制动作可以修改增材制造过程以解决一个或多个不符合条件。在又一个示例中，控制动作可以向增材制造过程发送警告信号。

本公开的方面提供了许多技术效果和益处。与结构层的其他表示相比，几何测量数据提供更高分辨率的数据以更准确地评估层的质量。至少部分地基于其更高分辨率，几何测量数据允许与标准光学表示(例如计算机生成的表示、CAD文件等)直接比较。从本公开获得的另一个技术优势是在增材制造过程运行时评估结构的各个层的能力，允许系统在有缺陷的结构完成之前修改和/或停止增材制造过程。

示例方面提供了对计算技术的改进。本公开中描述的用于处理几何测量数据的方法可以提供用于使用图像捕获装置获取的几何测量数据来检测增材制造过程中的异常的更有效的计算算法。这种更有效的计算可以允许为更多核心功能保留增材制造系统的处理资源。

如下文详细描述的，本主题的示例实施例涉及使用增材制造机器或方法。如本文所用，术语“增材制造”或“增材制造技术或过程”通常是指其中连续的材料层设置在彼此之上以逐层“构建”三维部件的制造过程。连续的层通常熔合在一起以形成可具有多个一体子部件的整体部件。

尽管本文将增材制造技术描述为能够通过通常在竖直方向上逐点、逐层构建物体来制造复杂物体，但是其他制造方法也是可能的并且在本主题的范围内。例如，虽然本文的讨论涉及添加材料以形成连续的层，但是本领域技术人员将理解本文公开的方法和结构可以用任何增材制造技术或制造技术来实践。例如，本发明的实施例可以使用加层过程、减层过程或混合过程。

根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔融沉积建模(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、例如通过喷墨和激光喷射的3D打印、立体光刻(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光工程净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔化(DSLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光熔化(DMLM)、基于光聚合的增材过程、基于挤出的过程、定向能量沉积过程和其他已知过程。

除了使用直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)过程，其中使用能量源来选择性地烧结或熔化一层粉末的部分，应当理解，根据替代方案实施例，增材制造过程可以是“粘合剂喷射”过程。在这方面，粘合剂喷射包括以与上述类似的方式连续沉积增材粉末层。然而，粘合剂喷射不是使用能量源来产生能量束以选择性地熔化或熔合增材粉末，而是涉及将液体粘合剂选择性地沉积到每一层粉末上。液体粘合剂可以是例如光固化聚合物或另一种液体结合剂。其他合适的增材制造方法和变体旨在在本主题的范围内。

本文所述的增材制造过程可用于使用任何合适的材料形成部件。例如，该材料可以是塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂，或者可以是固体、液体、粉末、片材、线材或任何其他合适形式的任何其他合适的材料。更具体地，根据本主题的示例实施例，本文所述的增材制造部件可以部分地、整体地或以包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢和镍或钴基超级合金(例如，可从Special Metals Corporation获得的名称为

的那些)的材料的一些组合形成。这些材料是适用于本文所述的增材制造过程的材料的示例，并且通常可以称为“增材材料”。

此外，本领域技术人员将理解，可以使用多种材料和用于结合这些材料的方法，并且这些材料和方法被预期在本公开的范围内。如本文所用，对“熔合”的提及可指用于产生任何上述材料的结合层的任何合适的过程。例如，如果物体由聚合物制成，则熔合可以是指在聚合物材料之间形成热固性结合。如果物体是环氧树脂，则该结合可以通过交联过程形成。如果材料是陶瓷，则可以通过烧结过程形成结合。如果材料是粉末金属，则可以通过熔化或烧结过程形成结合。本领域技术人员将理解，通过增材制造来熔合材料以制造部件的其他方法也是可能的，并且可以使用这些方法来实践当前公开的主题。

此外，本文公开的增材制造过程允许由多种材料形成单个部件。因此，本文所述的部件可由上述材料的任何合适的混合物形成。例如，部件可包括使用不同材料、过程和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、段或零件。以这种方式，可以构造具有不同材料和材料属性的部件以满足任何特定应用的需求。此外，虽然本文所述的部件完全由增材制造过程构造而成，但应当理解，在替代实施例中，这些部件的全部或一部分可以通过铸造、机加工和/或任何其他合适的制造过程形成。实际上，可以使用材料和制造方法的任何合适的组合来形成这些部件。

现在将描述示例增材制造过程。增材制造过程使用部件的三维(3D)信息，例如三维计算机模型来制造部件。因此，可以在制造之前限定部件的三维设计模型。就此而言，可以扫描部件的模型或原型以确定部件的三维信息。作为另一个示例，可以使用合适的计算机辅助设计(CAD)程序来构造部件的模型以限定部件的三维设计模型。

设计模型可以包括部件的整个构造(包括部件的外表面和内表面)的3D数字坐标。例如，设计模型可以限定本体、表面和/或内部通道，例如开口、支撑结构等。在一个示例实施例中，三维设计模型例如沿着部件的中心(例如，竖直)轴线或任何其他合适的轴线被转换成多个切片或段。每个切片可以针对切片的预定高度限定部件的薄横截面。多个连续的横截面切片一起形成3D部件。然后将部件逐个切片或逐层“构建”，直到完成。

以这种方式，本文所述的部件可以使用增材过程制造，或更具体地，例如通过使用激光能量或热熔合或聚合塑料，或者通过烧结或熔化金属粉末，连续形成每一层。例如，特定类型的增材制造过程可以使用能量束，例如电子束或诸如激光束的电磁辐射，来烧结或熔化粉末材料。可以使用任何合适的激光和激光参数，包括对功率、激光束光斑尺寸和扫描速度的考虑。构建材料可以由被选择用于特别是在高温下增强强度、耐久性和使用寿命的任何合适的粉末或材料形成。

每个连续层可以是在例如约10μm至200μm之间，但是根据替代实施例，可以基于任意数量的参数来选择厚度并且厚度可以是任意合适的尺寸。因此，利用上述增材形成方法，本文所述的部件可以具有与在增材形成过程中使用的相关粉末层的一个厚度(例如10μm)一样薄的横截面。

此外，利用增材过程，部件的表面光洁度和特征可以取决于应用根据需要而变化。例如，可以通过在增材过程中选择合适的激光扫描参数(例如，激光功率、扫描速度、激光焦点尺寸等)来调整(例如，使更光滑或更粗糙)表面光洁度，尤其是在对应于零件表面的横截面层的周边。例如，可以通过增加激光扫描速度或减小形成的熔池的尺寸来获得更粗糙的光洁度，并且可以通过降低激光扫描速度或增加形成的熔池的尺寸来获得更光滑的光洁度。也可以改变扫描模式和/或激光功率以改变选定区域的表面光洁度。

在部件的制造完成之后，可以对部件应用各种后处理程序。例如，后处理程序可以包括通过例如吹气或抽真空去除多余的粉末。其他后处理程序可以包括应力消除过程。此外，可使用热、机械和/或化学后处理程序来精加工零件，以达到所需的强度、表面光洁度和其他部件属性或特征。

值得注意的是，在示例实施例中，由于制造约束，本主题的若干方面和特征以前是不可能的。然而，本发明人有利地利用了增材制造技术的当前进步来改进各种部件以及增材制造此类部件的方法。虽然本公开不限于使用增材制造来形成这些部件，但是增材制造确实提供了多种制造优势，包括易于制造、成本降低、精度更高等。

此外，上述增材制造方法提供了要以非常高的精度水平形成的本文所述部件的更复杂和错综的形状和轮廓。例如，这样的部件可以包括薄的增材制造层、横截面特征和部件轮廓。此外，增材制造过程能够制造具有不同材料的单个部件，使得部件的不同部分可以表现出不同的性能特性。制造过程的连续性、可添加性使这些新颖特征的构造成为可能。结果，使用本文描述的方法形成的部件可以表现出改进的性能和可靠性。

现在参考图1，将根据示例实施例描述示例基于光学的监测和控制系统。示例实施例利用诸如DMLS或DMLM系统100的增材制造系统来构建由层172组成的结构170。应当理解，结构170只是要构建的示例部件并且主要用于促进对增材制造系统的操作的描述。本主题不打算在这方面受到限制，而是可以使用增材制造系统(例如，DMLS或DMLM系统100)来构建任何合适的多个部件。

如图所示，系统100包括固定外壳102(或构建区域102)，其提供用于执行增材制造过程的无污染且受控的环境。在这方面，例如，外壳102用于隔离和保护系统100的其他部件。此外，外壳102可设有适当的保护气体流，例如氮气、氩气或另一种合适的气体或气体混合物。在这点上，外壳102可以限定气体入口104和气体出口106，用于接收气体流以产生静态加压体积或动态气体流。

外壳102通常可以包含AM系统100的一些或所有部件。根据示例性实施例，AM系统100通常包括位于外壳102内的工作台110、粉末供应器112、刮刀或重涂器机构114、溢流容器或储存器116以及构建平台118。此外，能量源120产生能量束122并且束转向设备124引导能量束122以促进如下更详细描述的AM过程。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。

根据所示出的实施例，工作台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，通过该构建开口132可以进入构建室134。更具体地，根据图示的实施例，构建室134至少部分地由竖直壁136和构建平台118限定。此外，构建表面130限定供应开口140以及储存器开口144，增材粉末142可通过该供应开口140从粉末供应器112供应，过量的增材粉末142可通过该储存器开口144进入溢流储存器116。当增材粉末跨过构建表面130调平时，构建表面130包括保持颗粒的表面。收集的增材粉末可以可选地在重新使用之前进行处理以筛出松散的、团聚的颗粒。

粉末供应器112通常包括增材粉末供应容器150，增材粉末供应容器150通常包含足以用于特定零件的一些或全部增材制造过程的增材粉末142的量。此外，粉末供应器112包括供应平台152，供应平台152为可在粉末供应容器150内沿竖直方向移动的板状结构。更具体地，供应致动器154竖直地支撑供应平台152并且在增材制造过程中选择性地上下移动它。

AM系统100还包括重涂器机构114，重涂器机构114是位于构建表面130附近的刚性、横向伸长的结构。例如，重涂器机构114可以是硬刮刀、软刮刀或滚筒。重涂器机构114可操作地联接到重涂器致动器160，该重涂器致动器160可操作以选择性地沿着构建表面130移动重涂器机构114。此外，平台致动器164可操作地联接到构建平台118并且通常可操作用于在构建过程期间沿着竖直方向移动构建平台118。虽然致动器154、160和164被图示为液压致动器，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，例如气动致动器、液压致动器、滚珠丝杠线性电动致动器或任何其他合适的竖直支撑装置。其他构造是可能的并且在本主题的范围内。

如本文所用，“能量源”可用于指被构造用于在构建过程中将具有合适功率和其他操作特性的能量束导向增材粉末层以烧结、熔化或以其他方式熔合该增材粉末层的一部分的任何装置或装置系统。例如，能量源120可以是激光器或任何其他合适的辐射发射引导装置或辐射装置。在这点上，辐射或激光源可以产生由辐射发射引导装置或束转向设备引导的光子或激光束辐照。

根据示例实施例，束转向设备124包括一个或多个反射镜、棱镜、透镜和/或电磁体，其与合适的致动器可操作地联接并且布置成引导和聚焦能量束122(例如，激光束)。在这方面，例如，束转向设备124可以是振镜扫描器，其在激光熔化和烧结过程期间在构建表面130上移动或扫描由能量源120发射的能量束122的焦点。在这点上，能量束122可以聚焦到所需的斑点尺寸并被转向到与构建表面130重合的平面中的所需位置。粉末床熔合技术中的振镜扫描器通常处于固定位置，但其中包含的可移动反射镜/透镜允许控制和调整激光束的各种属性。根据示例实施例，束转向设备还可以包括以下一种或多种：光学透镜、偏转器、反射镜、分束器、远心透镜等。

应当理解，可以使用其他类型的能量源120，其可以使用替代的束转向设备124。例如，电子束枪或其他电子源可用于产生电子束(例如，“e-束”)。e-束可以由任何合适的辐射发射引导装置引导，优选地在真空中。当辐射源是电子源时，辐射发射引导装置可以是例如电子控制单元，其可以包括例如偏转线圈、聚焦线圈或类似元件。根据其他实施例，能量源120可以包括激光、电子束、等离子弧、电弧等中的一种或多种。

在增材制造过程之前，可降低重涂器致动器160以将具有所需成分(例如，金属、陶瓷和/或有机粉末)的粉末142供应到供应容器150中。此外，平台致动器164可以将构建平台118移动到初始高位置，例如，使得它与构建表面130基本齐平或共面。然后以选定的层增量将构建平台118降低到构建表面130下方。层增量影响增材制造过程的速度和正在制造的部件或零件(例如，结构170)的分辨率。例如，层增量可以是大约10到100微米(0.0004到0.004英寸)。

然后增材粉末在被能量源120熔合之前沉积在构建平台118上。具体地，供应致动器154可以升高供应平台152以推动粉末通过供应开口140，将其暴露在构建表面130上方。然后可以通过重涂器致动器160在构建表面130上移动重涂器机构114以将凸起的增材粉末142水平地散布在构建平台118上(例如，以选定的层增量或厚度)。随着重涂器机构114从左向右移动(如图3所示)，任何过量的增材粉末142通过储存器开口144落入溢流储存器116。随后，可将重涂器机构114移回起始位置。

因此，如本文所解释和图1所示，重涂器机构114、重涂器致动器160、供应平台152和供应致动器154通常可操作以连续沉积增材粉末142或其他增材材料的层以促进打印过程。因此，这些部件在本文中可统称为粉末分配设备、系统或组件。被调平的增材粉末142可称为“构建层”172(见图4)，其暴露的上表面可称为构建表面130。当增材粉末跨过构建表面130调平时，构建表面130包括保持颗粒的表面。当构建平台118在构建过程中被降低到构建室134中时，构建室134和构建平台118共同围绕并支撑大量增材粉末142以及正在构建的任何部件(例如，结构170)。该大量的粉末通常称为“粉末床”，而这种特定类别的增材制造过程可称为“粉末床过程”。

在增材制造过程中，定向能量源120用于熔化正在构建的部件(例如，结构170)的二维横截面或层。更具体地，能量束122从能量源120发射并且束转向设备124用于以适当的图案(在本文中称为“工具路径”)将能量束122的焦点转向在暴露的粉末表面上。增材粉末142的一小部分暴露层被能量束122加热到允许其烧结或熔化、流动和固结的温度，形成熔合区域。该步骤可称为熔合增材粉末142。

图像数据捕获装置174可以获得几何测量数据176。几何测量数据176可以是代表结构170的熔合层172的数据。根据一些实施例，几何测量数据176可包括高分辨率数字图像数据、x射线数据、线扫描仪数据、红外数据、逐点熔池数据(例如逐点熔池电磁发射数据或图像数据)等中的一种或多种。几何测量数据176经由数据连接器178传输到计算系统180。数据连接器176可以是有线或无线连接。

如果需要，计算系统180可以预处理几何测量数据176。预处理可以包括增强几何测量数据对比度、将几何测量数据转换为二进制几何测量数据，和/或校正几何测量数据中的一种或多种。例如，可以校正以与层172的表面成小于或大于90度的角度捕获的几何测量数据176，以提供与标准光学表示的更准确的比较，如本文将参考图4进一步描述的。

计算系统180可以将几何测量数据176与标准光学表示进行比较。标准光学表示代表结构170的最佳层。标准光学表示可以是但不限于由计算机辅助设计软件生成的代表性文件、代表性结构的数字图像等。可以使用几何测量数据捕获装置174捕获代表性结构的数字图像。例如，代表性结构的数字图像可以是描绘代表性结构中的层的捕获的几何测量数据176。可以至少部分地基于与代表性结构的层的最佳描绘相关联的准确度来选择代表性结构的数字图像。

如本文将参考图3进一步描述的，至少部分地基于该比较，计算系统180可以确定几何测量数据176和标准光学表示之间的一个或多个不符合条件。例如，不符合条件可以表示层172的单个边缘与标准光学表示相比有一定百分比的未对准。又例如，不符合条件可以表示与标准光学表示相比，层172具有特定长度、高度或宽度。

至少部分地基于一个或多个不符合条件，计算系统可以实施控制动作182。控制动作182可包括但不限于发送警告信号、停止增材制造过程和/或修改增材制造过程的过程参数(例如，激光功率、激光扫描速度、光束偏移、增益设置、粘合剂喷射过程、对准设置等)。例如，由于当前层中的缺陷，控制动作182可以停止增材制造构建过程。又例如，控制动作182可以修改构建过程的过程参数以解决一个或多个不符合条件。在又一示例中，控制动作182可以向增材制造过程发送警告信号。

在几何测量数据被捕获和评估之后，构建平台118竖直向下移动层增量，并且以相似的厚度施加另一层增材粉末142。定向能量源120再次发射能量束122，并且束转向设备124用于以适当的图案将能量束122的焦点转向到暴露的粉末表面上。暴露的增材粉末142层被能量束122加热到允许其在顶层内与较低的先前熔合区域烧结或熔化、流动和固结的温度。重复移动构建平台118、施加增材粉末142、引导能量束122来熔化增材粉末142、然后获得和评估代表层的几何测量数据的该循环，直到完成整个部件(例如，结构170)。

图2描绘了根据本公开的示例实施例的用于增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制的示例方法200的流程图。方法200的一个或多个部分可以由一个或多个计算装置(例如图6中描述的计算系统)来实现。此外，方法200的一个或多个部分可以被实现为本文描述的(例如，如图6中的)装置的硬件部件上的算法，以例如获得和预处理几何测量数据。为了说明和讨论的目的，图2描绘了以特定顺序执行的元素。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，本文讨论的任何方法的要素可以以各种方式进行调整、重新排列、同时执行、扩展、省略、组合和/或修改。

在(202)处，方法200可以包括获取层的高分辨率相机图像。例如，图像捕获装置174可以获得几何测量数据176，几何测量数据176包括高分辨率相机图像，其表示使用增材制造过程制造的结构的层。光学捕获装置可以将几何测量数据传输到计算系统180。

在(204)处，方法200可以包括校正和/或预处理图像。例如，计算系统180可以从图像捕获装置174接收包括高分辨率相机图像的几何测量数据176。计算系统180然后可以校正和/或预处理几何测量数据176。对几何测量数据176进行预处理可以包括但不限于增强图像对比度，将图像转换为二进制几何测量数据，锐化图像，像素亮度变换，插值，几何变换，检测结构的层一个或多个边缘等中的至少一个。例如，计算系统180可以确定几何测量数据176由几何测量数据捕获装置174以小于或大于90度的角度捕获，因此可以校正几何测量数据176以考虑图像中的透视或其他失真形式，以方便与标准光学表示进行比较。在另一个示例中，计算系统180可以确定几何测量数据176的保真度不足以进行比较，并且因此可以通过增加其对比度来预处理几何测量数据176。在又一个示例中，计算系统180可以确定几何测量数据176应该被转换为二进制几何测量数据以促进与标准光学表示的比较。

在(206)处，方法200可以包括将图像与标准进行比较。例如，计算系统180可以将几何测量数据176与标准光学表示进行比较。标准光学表示可以是但不限于由计算机辅助设计(CAD)软件生成的正在制造的结构的计算机生成的表示、代表性结构的数字图像等。例如，几何测量数据176可以在空间上被划分成空间区域并且与标准光学表示进行比较以检测几何测量数据176和标准光学表示之间的差异区域。在另一个示例中，几何测量数据176可以被转换为二进制几何测量数据，然后从标准光学表示中减去。在又一个示例中，计算系统180可以测量几何测量数据176和标准光学表示之间的差异区域。

在(208)处，方法200可以至少部分地基于几何测量数据176和标准光学表示之间的比较来计算质量度量。质量度量可以是但不限于检测不符合条件。不符合条件可以是几何测量数据176与标准光学表示不同的位置。例如，不符合条件可以表示由几何测量数据176表示的层172的单个边缘与标准光学表示相比有一定百分比的未对准。又例如，不符合条件可以表示由几何测量数据176表示的层172与标准光学表示相比具有一定的长度、高度或宽度。

在(210)处，方法200可以使用基于规则的算法来评估质量度量。基于规则的算法可以由计算系统180的硬件实现。基于规则的算法可以基于质量度量来确定是否发生规则违反。例如，如果检测到一定数量的不符合条件，则可能发生规则违反。再例如，如果检测到一定严重性的不符合条件，则可能发生规则违反。在又一示例中，如果检测到一定数量的不符合条件，每个不符合条件具有一定的严重性，则可能发生规则违反。

在(212)处，方法200可以至少部分地基于规则违反来实施纠正动作。纠正动作可以包括控制动作182，其中控制动作182可以是但不限于发送警告信号、停止增材制造过程和/或修改增材制造过程。例如，由于当前层172中的缺陷，控制动作182可以停止增材制造过程。在另一示例中，控制动作182可以修改增材制造过程的一个或多个过程参数以解决一个或多个不符合条件。在又一个示例中，控制动作182可以包括向增材制造系统发送已经发生规则违反的警告。

图3描绘了根据本公开的示例实施例的用于增材制造过程的基于过程中光学的监测和控制的示例方法300的流程图。方法300的一个或多个部分可以由一个或多个计算设备(例如图6中描述的计算系统)来实现。此外，方法300的一个或多个部分可以被实现为本文描述的装置(例如，如图6中的)的硬件部件上的算法，以例如获得并预处理几何测量数据。为了说明和讨论的目的，图3描绘了以特定顺序执行的元素。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，本文讨论的任何方法的元素可以以各种方式改编、同时执行、重新排列、扩展、省略、组合和/或修改。

在(302)处，方法300可包括获得几何测量数据，该几何测量数据表示使用增材制造过程(例如，粉末床熔合过程、基于光聚合的增材过程、粘合剂喷射过程、基于挤出的过程，定向能量沉积过程等)制造的结构的层。例如，几何测量数据捕获装置174可以获得几何测量数据176，几何测量数据176包括表示使用增材制造过程制造的结构的层的高分辨率相机图像。在一些实施例中，几何测量数据176可以包括高分辨率图像数据、x射线数据、红外数据等中的一种或多种。光学捕获装置可以将几何测量数据176传输到计算系统180。

在(304)处，方法300可以包括预处理几何测量数据。例如，计算系统180可以从图像捕获装置174接收包括高分辨率相机图像的几何测量数据176。计算系统180然后可以预处理几何测量数据176。预处理几何测量数据176可以包括但不限于以下至少之一：校正数据，增强几何测量数据对比度，将几何测量数据转换为二进制几何测量数据，锐化几何测量数据，像素亮度变换，插值，几何变换等。例如，计算系统180可以确定几何测量数据176由图像捕获装置174以小于或大于90度的角度捕获，因此可以校正几何测量数据176以促进与标准光学表示的比较。在另一个示例中，计算系统180可以确定几何测量数据176的保真度不足以与标准光学表示进行比较并且因此可以通过增加其对比度来预处理几何测量数据176。在又一个示例中，计算系统180可以确定几何测量数据176应该被转换为二进制几何测量数据以促进与标准光学表示的比较。

在(306)处，方法300可以包括将几何测量数据与与结构相关联的标准光学表示进行比较。例如，计算系统180可以将几何测量数据176与与结构170相关联的标准光学表示进行比较。标准光学表示可以是但不限于由计算机辅助设计(CAD)软件生成的代表性文件、代表性结构的数字图像等。在一个示例中，几何测量数据176可以在空间上被划分为一个或多个空间区域并且与标准光学表示进行比较。在另一个示例中，几何测量数据176可以被转换为二进制几何测量数据，然后从标准光学表示中减去。在又一个示例中，计算系统180可以测量几何测量数据176和标准光学表示之间的差异区域。

在(308)处，方法300可以至少部分地基于几何测量数据和标准光学表示之间的比较，确定表示层172的几何测量数据和标准光学表示之间的一个或多个不符合条件。不符合条件可以是几何测量数据176与标准光学表示不同的位置。例如，不符合条件可以表示由几何测量数据176表示的层172的单个边缘与标准光学表示相比有一定百分比的未对准。又例如，不符合条件可以表示由几何测量数据176表示的层172与标准光学表示相比具有一定的长度、高度或宽度。

在一些实施方式中，确定一个或多个不符合条件可以包括将几何测量数据划分为一个或多个空间区域。例如，几何测量数据可以分为四个离散区域，四个区域中的每一个都包括特定特征(例如，层的边缘或其他特征等)。在一些实施方式中，确定一个或多个不符合条件可以进一步包括将光学数据与标准光学表示进行比较并且确定一个或多个空间区域的一个或多个不符合条件。一个或多个不符合条件可以至少部分地基于几何测量数据和一个或多个空间区域的标准光学表示之间的差异。

在一些实施方式中，几何测量数据和一个或多个空间区域的标准光学表示之间的差异可以包括几何测量数据的一个或多个特定特征与标准光学表示的一个或多个特定特征之间的偏差(例如，单变量比较等)。一个或多个特定特征可以是几何测量数据的可测量和/或可识别方面(例如，一个或多个结构尺寸、一个或多个像素灰度值、图像导数、超过强度阈值的像素数量、等等。)

在一些实施方式中，确定一个或多个空间区域的不符合条件可以包括将几何测量数据的多个特定特征组合成不符合组分。例如，可以组合四个空间区域中的每个空间区域(例如，每个空间区域的特定特征的组合、每个空间区域的特定特征的指标的组合等)，以生成不符合组分，其表示层的相对不符合。

在一些实施方式中，确定一个或多个空间区域的不符合条件可以进一步包括至少部分地基于不符合组分和一个或多个空间区域的标准光学表示之间的差异来确定一个或多个空间区域的不符合条件。作为示例，与标准光学表示相比，不符合组分可以指示一个或多个灰度像素值的值在差阈值之外。作为另一示例，与标准光学表示相比，不符合组分可以指示结构的一个或多个边缘的对准在差阈值之外。

在(310)处，方法300可以至少部分地基于一个或多个不符合条件来实施控制动作182。控制动作182可包括但不限于发送警告信号、停止增材制造过程和/或修改增材制造过程的一个或多个过程参数。例如，控制动作182可以完全关闭增材制造过程。在另一示例中，控制动作182可以修改增材制造过程以解决一个或多个不符合条件。在又一示例中，控制动作182可以向增材制造过程发送警告信号。

图4是根据本公开的示例实施例的分层增材制造系统中的层的基于光学的监测的示例。如图所示，图4描绘了由计算系统180在表示层406的几何测量数据402和表示最佳层410的标准光学表示408之间执行的比较400。图4进一步描绘了由差异区域评估412检测到的差异区域(例如，414、416和418)。

比较400描绘了几何测量数据402和标准光学表示408之间的比较。比较400可以但不要求由计算系统180执行。几何测量数据402代表结构170的层406(例如层172)。几何测量数据402可以是但不限于高分辨率图像数据、红外数据等中的至少一种。几何测量数据402可以被预处理以促进与标准光学表示408的比较400。预处理可以包括但不限于增强几何测量数据对比度，将几何测量数据转换为二进制几何测量数据，锐化几何测量数据，像素亮度变换，插值，几何变换等中的至少一种。

比较400可以以多种方式执行，包括但不限于将几何测量数据402空间划分为一个或多个空间区域404，将几何测量数据402转换为二进制几何测量数据和/或测量几何测量数据402和标准光学表示408之间的差异区域。

举例来说，几何测量数据402和标准光学表示都可以在空间上划分为一个或多个空间区域404。如图4中所描绘的，空间区域可以被划分为表示为网格图案的多个空间区域。空间区域的划分促进层406和最佳层410之间的比较400。例如，通过使计算系统180能够测量层406和最佳层410之间的差异区域，划分成网格图案有助于计算系统180的比较400。

计算系统180可以通过将标准光学表示408叠加在几何测量数据402上来计算差异区域。例如，差异区域评估412描绘了叠加在几何测量数据402上的标准光学表示408。可以计算差异区域(例如，414、416和418)，确定空间区域404包含层406和最佳层410之间的差异。例如，计算系统可以在414、416和/或418计算差异区域，因为每个区域都包含层406和最佳层410之间的差异。

不符合条件可以是在层406和最佳层410之间检测到材料差异的位置。计算系统180可以基于计算的差异区域(例如，414、416和418)确定不符合条件。例如，计算系统180可以确定差异区域414不代表不符合条件，因为层406和最佳层410之间的差异并不是材料。又例如，因此计算系统可以确定差异区域416确实代表不符合条件，因为层406和最佳层410之间的差异构成材料差异。

图5描绘了根据本主题的示例实施例的用于确定表示层的几何测量数据和标准光学表示之间的一个或多个不符合条件的示例方法500的流程图。方法500的一个或多个部分可以由一个或多个计算装置(例如图6中描述的计算系统)来实现。此外，方法500的一个或多个部分可以被实现为本文描述的装置(例如，如图6中的)的硬件部件上的算法，以例如获得和预处理几何测量数据。为了说明和讨论的目的，图5描绘了以特定顺序执行的元素。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，在不偏离本公开内容的范围的情况下，本文讨论的任何方法的要素可以以各种方式改编、重新排列、扩展、省略、组合和/或修改。

在(502)处，方法500可以包括将几何测量数据转换成二进制几何测量数据。二进制几何测量数据可以是但不限于具有两种可能颜色值的数字图像数据。例如，高分辨率图像数据可以包括多个像素，每个像素具有多个颜色值之一。当转换为二进制数据时，多个像素中的每个像素的颜色可以转换为两个可能的颜色值之一。在一些实施例中，将几何测量数据转换为二进制几何测量数据可以包括一个或多个操作。例如，将几何测量数据转换为二进制几何测量数据可以包括将几何测量数据转换为灰度几何测量数据，对几何测量数据进行反演，和/或计算阈值。

在(504)处，方法500可以从与结构相关联的标准光学表示中减去二进制几何测量数据以确定计算差异。与结构相关联的标准光学表示可以是但不限于二进制几何测量数据。在一些实施例中，计算差异可以包括一个或多个操作。例如，一个操作可以包括从标准光学表示的对应像素中减去二进制几何测量数据的每个像素。在另一示例中，一个操作可以包括从标准光学表示的对应像素中减去二进制几何测量数据的每隔一个像素(everyother pixel)。在又一示例中，该操作可以包括从标准光学表示的一个或多个确定区域中的对应一个或多个像素中减去二进制几何测量数据的一个或多个确定区域中的一个或多个像素。计算出的差异可以存储为数据结构(例如，图、数组、向量、数据库等)、变量、对象或任何其他合适的形式。

在(506)处，方法500可以评估二进制几何测量数据和与结构相关联的标准光学表示之间的计算差异。评估计算差异可以是但不限于检测一个或多个不符合条件。不符合条件可以至少部分地基于计算差异。例如，具有某个严重性的计算差异可能代表不符合条件。在另一个示例中，计算差异可以被确定为足够低以不代表不符合条件。在又一示例中，计算差异可以存储为表示一个或多个区域的数据结构，评估每个区域以确定不符合条件。

图6示出了图1的计算系统180的框图，其可由分布式控制系统或其他系统使用以实现根据本公开的示例实施例的方法和系统。如图所示，计算系统180可以包括一个或多个计算装置602。一个或多个计算装置602可以包括一个或多个处理器604和一个或多个存储器装置606。一个或多个处理器604可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置606可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器或其他存储器装置。

一个或多个存储器装置606可存储可由一个或多个处理器604访问的信息，包括可由一个或多个处理器604执行的计算机可读指令608。指令608可以是当由一个或多个处理器604执行时使一个或多个处理器604执行操作的任何指令集。指令608可以是以任何合适的编程语言编写的软件或者可以以硬件实现。在一些实施例中，指令608可由一个或多个处理器604执行以使得一个或多个处理器604执行操作，例如实现上述过程中的一个或多个。

存储器装置604还可存储可由处理器604访问的数据610。例如，数据610可包括几何测量数据，其表示使用增材制造过程制造的结构的层，如本文所述。根据本公开的示例实施例，数据610可以包括一个或多个表、函数、算法、模型、方程等。

一个或多个计算装置602还可包括用于例如与系统的其他部件通信的通信接口612。通信接口612可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线或其他合适的部件。

本文讨论的技术参考基于计算机的系统和由基于计算机的系统采取的动作以及发送到和来自基于计算机的系统的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在部件之间和部件之中进行多种可能的构造、组合和任务和功能的划分。例如，可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实现本文讨论的过程。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实现或分布在多个系统上。分布式部件可以顺序或并行操作。

本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：

1.一种用于监测分层增材制造过程的方法，所述方法包括：通过包括一个或多个计算装置的计算系统获得由图像捕获装置捕获的几何测量数据，所述几何测量数据表示使用增材制造过程制造的结构的层；通过所述计算系统将所述几何测量数据与与所述结构相关联的标准光学表示进行比较；通过所述计算系统确定代表所述层的所述几何测量数据和所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；和通过所述计算系统至少部分地基于所述一个或多个不符合条件来实施控制动作。

2.根据任何在前条项所述的方法，其中所述方法进一步包括：通过所述计算系统对所述几何测量数据进行预处理，其中对所述几何测量数据进行预处理包括将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据，校正所述几何测量数据，检测由所述几何测量数据表示的所述结构的所述层的一个或多个边缘，或增强所述几何测量数据的对比度中的至少一种。

3.根据任何在前条项所述的方法，其中所述几何测量数据能够包括数字图像数据、红外数据、线扫描仪数据或逐点熔池电磁发射或图像数据中的至少一种。

4.根据任何在前条项所述的方法，其中与所述结构相关联的所述标准光学表示包括正在制造的所述结构的计算机生成的表示或正在制造的代表性结构的数字图像。

5.根据任何在前条项所述的方法，其中正在制造的所述结构的所述计算机生成的表示包括至少部分地通过计算机辅助设计(CAD)软件生成的文件。

6.根据任何在前条项所述的方法，其中确定一个或多个不符合条件包括：通过所述计算系统将所述几何测量数据划分为一个或多个空间区域；通过所述计算系统将所述光学数据与所述标准光学表示进行比较；和通过所述计算系统至少部分地基于所述几何测量数据与所述一个或多个空间区域的所述标准光学表示之间的差异来确定所述一个或多个空间区域的一个或多个不符合条件。

7.根据任何在前条项所述的方法，其中所述几何测量数据与所述一个或多个空间区域的所述标准光学表示之间的所述差异包括所述几何测量数据的一个或多个特定特征与所述标准光学表示的一个或多个特定特征之间的偏差。

8.根据任何在前条项所述的方法，其中所述一个或多个特定特征包括以下中的一个或多个：一个或多个结构尺寸；一个或多个像素灰度值；图像导数；和超过强度阈值的像素数量。

9.根据任何在前条项所述的方法，其中通过所述计算系统至少部分地基于所述几何测量数据与所述一个或多个空间区域的所述标准光学表示之间的差异来确定所述一个或多个空间区域的一个或多个不符合条件包括：通过所述计算系统将所述几何测量数据的多个特定特征组合成不符合组分；和通过所述计算系统至少部分地基于所述不符合组分与所述一个或多个空间区域的所述标准光学表示之间的差异来确定所述一个或多个空间区域的不符合条件。

10.根据任何在前条项所述的方法，其中通过所述计算系统确定表示所述层的所述几何测量数据与所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件包括：通过所述计算系统将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据；通过所述计算系统从与所述结构相关联的所述标准光学表示中减去所述二进制几何测量数据以确定计算差异；和通过所述计算系统评估所述二进制几何测量数据和与所述结构相关联的所述标准光学表示之间的所述计算差异。

11.根据任何在前条项所述的方法，其中所述控制动作包括发送警告信号，停止分层增材制造过程或修改所述分层增材制造过程的一个或多个过程参数中的一种或多种。

12.根据任何在前条项所述的方法，其中所述一个或多个过程参数包括以下中的一个或多个：激光功率；激光扫描速度；束偏移；一个或多个增益设置；一种或多种粘合剂喷射过程；和一个或多个对准设置。

13.一种用于监测分层增材制造过程的系统，所述系统包括：表面，所述表面被构造为保持由所述分层增材制造过程制造的结构的一个或多个层；图像捕获装置，所述图像捕获装置被构造为在所述分层增材制造过程中获得所述结构的几何测量数据；一个或多个处理器；和一个或多个存储器装置，所述一个或多个存储器装置存储计算机可读指令，所述计算机可读指令当由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：获得通过成像系统捕获的几何测量数据，所述几何测量数据表示使用增材制造过程制造的所述结构的所述一个或多个层中的层；将所述几何测量数据与与所述结构相关联的标准光学表示进行比较；确定代表所述层的所述几何测量数据和所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；和至少部分地基于所述一个或多个不符合条件实施控制动作。

14.根据任何在前条项所述的系统，其中所述分层增材制造过程包括：粉末床熔合过程；基于光聚合的增材过程；粘合剂喷射过程；基于挤压的过程；或者定向能量沉积过程。

15.根据任何在前条项所述的系统，其中所述操作进一步包括：预处理所述几何测量数据，其中预处理所述几何测量数据包括将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据，校正所述几何测量数据，检测由所述几何测量数据表示的所述结构的所述层的一个或多个边缘或增强所述几何测量数据的对比度中的至少一项。

16.根据任何在前条项所述的系统，其中确定一个或多个不符合条件的所述操作包括：将所述几何测量数据划分为一个或多个空间区域；将所述光学数据与所述标准光学表示进行比较；和至少部分地基于所述几何测量数据与所述一个或多个空间区域的所述标准光学表示之间的差异来确定所述一个或多个空间区域的不符合条件。

17.根据任何在前条项所述的系统，其中确定代表所述层的所述几何测量数据与所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件的所述操作包括：将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据；从与所述结构相关联的所述标准光学表示中减去所述二进制几何测量数据以确定计算差异；和评估所述二进制几何测量数据和与所述结构相关联的所述标准光学表示之间的所述计算差异。

18.根据任何在前条项所述的系统，其中所述控制动作包括发送警告信号，停止所述分层增材制造过程或修改所述分层增材制造过程的一个或多个过程参数中的一种或多种。

19.一种通过激光增材制造制造零件的方法，包括：(a)在粉末床中照射粉末层以形成熔合层；(b)通过使重涂器机构通过粉末床，在所述粉末床上提供后续的粉末层；(c)重复步骤(a)和(b)以在所述粉末床中形成所述零件；(d)在进行步骤(a)-(c)的同时，获取通过图像捕获装置捕获的几何测量数据，所述几何测量数据代表所述熔合层；(e)将所述几何测量数据与代表所述熔合层的标准光学表示进行比较；(f)确定代表所述熔合层的所述几何测量数据与所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；和(g)至少部分地基于所述一个或多个不符合条件实施控制动作。

20.根据任何在前条项所述的方法，其中获得几何测量数据进一步包括：对所述几何测量数据进行预处理，其中对所述几何测量数据进行预处理包括将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据，校正所述几何测量数据，检测由所述几何测量数据表示的所述结构的所述熔合层的一个或多个边缘，或增强所述几何测量数据的对比度中的至少一项。

已经根据其说明性实施例描述了本公开的方面。通过阅读本公开，本领域普通技术人员可以想到在所附权利要求的范围内的许多其他实施例、修改和/或变化。可以以任何可能的方式组合和/或重新布置以下权利要求中的任何和所有特征。

虽然已经关于本主题的各种具体示例实施例详细描述了本主题，但是每个示例都是通过解释的方式提供的，而不是对本公开的限制。本领域技术人员在获得对前述内容的理解后，可以容易地对这些实施例进行变更、变化和/或等效。因此，本主题公开不排除包括对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的的对本主题的此类修改、变化和/或添加。例如，作为一个实施例的一部分示出和/或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本公开旨在涵盖这样的改变、变化和/或等效物。

Claims (10)

1.一种用于监测分层增材制造过程的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过包括一个或多个计算装置的计算系统获得由图像捕获装置捕获的几何测量数据，所述几何测量数据表示使用增材制造过程制造的结构的层；

通过所述计算系统将所述几何测量数据与与所述结构相关联的标准光学表示进行比较；

通过所述计算系统确定代表所述层的所述几何测量数据和所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；和

通过所述计算系统至少部分地基于所述一个或多个不符合条件来实施控制动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述方法进一步包括：

通过所述计算系统对所述几何测量数据进行预处理，其中对所述几何测量数据进行预处理包括将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据，校正所述几何测量数据，检测由所述几何测量数据表示的所述结构的所述层的一个或多个边缘，或增强所述几何测量数据的对比度中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述几何测量数据能够包括数字图像数据、红外数据、线扫描仪数据或逐点熔池电磁发射或图像数据中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中与所述结构相关联的所述标准光学表示包括正在制造的所述结构的计算机生成的表示或正在制造的代表性结构的数字图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中确定一个或多个不符合条件包括：

通过所述计算系统将所述几何测量数据划分为一个或多个空间区域；

通过所述计算系统将所述光学数据与所述标准光学表示进行比较；和

通过所述计算系统至少部分地基于所述几何测量数据与所述一个或多个空间区域的所述标准光学表示之间的差异来确定所述一个或多个空间区域的一个或多个不符合条件。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中通过所述计算系统确定表示所述层的所述几何测量数据与所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件包括：

通过所述计算系统将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据；

通过所述计算系统从与所述结构相关联的所述标准光学表示中减去所述二进制几何测量数据以确定计算差异；和

通过所述计算系统评估所述二进制几何测量数据和与所述结构相关联的所述标准光学表示之间的所述计算差异。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述控制动作包括发送警告信号，停止分层增材制造过程或修改所述分层增材制造过程的一个或多个过程参数中的一种或多种。

8.一种用于监测分层增材制造过程的系统，其特征在于，所述系统包括：

表面，所述表面被构造为保持由所述分层增材制造过程制造的结构的一个或多个层；

图像捕获装置，所述图像捕获装置被构造为在所述分层增材制造过程中获得所述结构的几何测量数据；

一个或多个处理器；和

一个或多个存储器装置，所述一个或多个存储器装置存储计算机可读指令，所述计算机可读指令当由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：

获得通过成像系统捕获的几何测量数据，所述几何测量数据表示使用增材制造过程制造的所述结构的所述一个或多个层中的层；

将所述几何测量数据与与所述结构相关联的标准光学表示进行比较；

确定代表所述层的所述几何测量数据和所述标准光学表示之间的一个或多个不符合条件；和

至少部分地基于所述一个或多个不符合条件实施控制动作。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，其中所述操作进一步包括：

预处理所述几何测量数据，其中预处理所述几何测量数据包括将所述几何测量数据转换为二进制几何测量数据，校正所述几何测量数据，检测由所述几何测量数据表示的所述结构的所述层的一个或多个边缘或增强所述几何测量数据的对比度中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，其中所述控制动作包括发送警告信号，停止所述分层增材制造过程或修改所述分层增材制造过程的一个或多个过程参数中的一种或多种。

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