CN208849904U - 一种基于高清相机实时拍摄的金属3d打印过程监控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，包括密封成型室、用于对平铺在成型平面上的金属粉末层进行激光选区熔化的扫描振镜；在成型室右侧顶壁上设置有一高清相机；该高清相机前端的可调聚焦头，穿过设置在成型室顶壁内侧的图像采集筒伸入成型室内部，用于实时拍摄金属3D打印粉末熔化过程中熔化层的成型形貌；高清相机电讯连接外部的终端设备，高清相机将拍摄到的成型形貌数据传输给终端设备。本实用新型通过高清相机将工件的整个加工过程场景信息发送至终端设备。加工人员可以从每个零件的加工图像中直接获得该零件加工过程每一层成型质量，及时对加工过程进行分析及调整，优化工艺参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属3D打印监控装置，尤其涉及一种基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置。
背景技术
金属3D打印技术在制造业有着很大的发展空间，但仍有许多问题阻碍了它的广泛使用。除了金属3D打印机的成本较高之外，还有一个很大的问题是打印的可重复性和质量控制。目前，国内外对于金属3D打印质量的监测方法的研究处于初始阶段，不同的设备类型对成型条件有不一样的要求。例如，Arcam公司EMB设备因成型室内的真空度及对温度控制要求严格，所以需要对氧含量、预热温度进行严格的监测。在SLM技术上，有些国外团队针对成型过程熔池的物理信号进行实时监测，可反馈给控制系统并快速调整激光功率、扫描速度等加工参数，但该方法技术门槛很高，且对金属3D打印系统的实时处理效果提出很高要求，金属3D打印如激光选区熔化技术熔池的尺寸一般只有一百微米左右，大大提高了针对熔池进行实时监测的难度。
而为了能及时发现成型零件的缺陷，我们需要对零件的每一层的成型过程有所了解。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置。使得操作人员能从加工过程中发现成型件缺陷部位，改善加工工艺，从而提高成型件性能。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，包括密封成型室、用于对平铺在成型平面4上的金属粉末层进行激光选区熔化的扫描振镜2；在成型室右侧顶壁上设置有一高清相机111；该高清相机111前端的可调聚焦头112，穿过设置在成型室顶壁内侧的图像采集筒115伸入成型室内部，用于实时拍摄金属3D打印粉末熔化过程中熔化层的成型形貌；高清相机111电讯连接外部的终端设备6，高清相机111将拍摄到的成型形貌数据传输给终端设备6；所述高清相机111安装在高度微调组件上，所述高度微调组件固定在成型室右侧顶壁上。
所述高度微调组件包括可上下移动的滑条114、L形支撑背板117；
所述高清相机111的背部通过U形连接件固定在滑条114上；
所述L形支撑背板117沿长度方向开设有一滑槽，所述滑条114的背部固定有一带外螺纹的螺杆，螺杆穿过滑槽后在其上安装螺母，螺杆与滑槽之间间隙配合。
滑条114的侧面具有一凸条，凸条的底部具有一滑槽，U形连接件的口部边缘向内卷边；U形连接件与凸条扣合后，卷边嵌入滑槽内，卷边与滑槽滑动结合，使U形连接件可相对于滑条114上下移动；
U形连接件为弹性U形连接件，弹性U形连接件夹持在凸条上。
U形连接件的两侧安装有与凸条相抵的辅助调节螺钉。
所述L形支撑背板117的后侧还增设有一加强杆116。
所述可调聚焦头112的前方安装有滤光片113；成型室左侧安装有卤素灯7。
所述图像采集筒115为的内壁具有一橡胶层，滤光片113的外缘与橡胶层之间滑动接触，并密封配合。
所述图像采集筒115的倾斜角度为40°～45°。
本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本实用新型结构简单，操作方便。通过高清相机将工件的整个加工过程场景信息发送至终端设备。加工人员可以从每个零件的加工图像中直接获得该零件加工过程每一层成型质量，及时对加工过程进行分析及调整，优化工艺参数。该装置能够针对打印缺陷零件进行准确定位缺陷产生位置、时间和原因，为优化调整相关参数提供依据。
本实用新型高度微调组件：L形支撑背板沿长度方向开设有一滑槽，所述滑条的背部固定有一带外螺纹的螺杆，螺杆穿过滑槽后在其上安装螺母，螺杆与滑槽之间间隙配合；滑条的侧面具有一凸条，凸条的底部具有一滑槽，U形连接件的口部边缘向内卷边；U形连接件与凸条扣合后，卷边嵌入滑槽内，卷边与滑槽滑动结合，使U形连接件可相对于滑条上下移动；U形连接件为弹性U形连接件，弹性U形连接件夹持在凸条上。这种结构在起到固定相机作用的同时，兼顾了相机高度可调性，而且具有组装拆卸方便等优点。
本实用新型图像采集筒内壁附着有一层橡胶层，提高了与相机与成型室内的密封性能。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为图1局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
本实用新型公开了一种基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，包括密封成型室；激光3；成型缸5；终端设备6；刮板8；粉缸9；左限位开关10；用于对平铺在成型平面4上的金属粉末层进行激光选区熔化的扫描振镜2；在成型室右侧顶壁上设置有一高清相机111；该高清相机111前端的可调聚焦头112，穿过设置在成型室顶壁内侧的图像采集筒115伸入成型室内部，用于实时拍摄金属3D打印粉末熔化过程中熔化层的成型形貌；高清相机111电讯连接外部的终端设备6(计算机或者手机)，高清相机111将拍摄到的成型形貌数据传输给终端设备6；所述高清相机111安装在高度微调组件上，所述高度微调组件固定在成型室右侧顶壁上。
由于高清相机111与工件的加工区域存在一定的角度，该角度可根据工件的实际加工情况进行调整；因此利用高度微调组件来调节高清相机111高度，保证焦点位置准确聚焦于成型面上，以确保所拍摄的照片清晰、完整。
高清相机111可选用CCD高速摄像机，所记录图像区域覆盖整个成型面。CCD高速摄像机选用不低于1024×1024像素分辨率，帧数可达到300帧/秒；整体快门最短曝光时间为1μs；120dB的大动态范围；光谱范围400-950nm，8位采样分辨率。
所述高度微调组件包括可上下移动的滑条114、L形支撑背板117；
所述高清相机111的背部通过U形连接件固定在滑条114上；
所述L形支撑背板117沿长度方向开设有一滑槽，所述滑条114的背部固定有一带外螺纹的螺杆，螺杆穿过滑槽后在其上安装螺母，螺杆与滑槽之间间隙配合。
滑条114的侧面具有一凸条，凸条的底部具有一滑槽，U形连接件的口部边缘向内卷边；U形连接件与凸条扣合后，卷边嵌入滑槽内，卷边与滑槽滑动结合，使U形连接件可相对于滑条114上下移动；
U形连接件为弹性U形连接件，弹性U形连接件夹持在凸条上。
U形连接件的两侧安装有与凸条相抵的辅助调节螺钉。调节螺钉用于定位或者增强U形连接件的夹持力度。
所述L形支撑背板117的后侧还增设有一加强杆116。
所述可调聚焦头112的前方安装有滤光片113；成型室左侧安装有卤素灯7。高清相机曝光过程中卤素灯7长亮，或者在工件的整个加工过程常亮。可手动调节；也可根据成型面下降时触发开关点亮或者熄灭。
卤素灯7聚焦位置集中于成型面上，在成型面下降时同步触发卤素灯的开关，使其点亮，在高清相机完成曝光后，又再次触发卤素灯熄灭，即卤素灯发光时间大于高清相机曝光时间，以确保高清相机拍照时有足够的光线。
成型过程中，激光3通过扫描振镜聚焦在成型表面上，将铺好的金属粉末熔化，待成型面上已熔化粉末冷凝且成型基台下降一个层厚后，高清相机对成型区域进行照相，相机曝光的同时卤素灯光源脉冲点亮(补光)，曝光结束后卤素灯熄灭，记录下该层的成型情况。高清相机实时将图像信息传输至计算机并储存，供加工人员逐层查看成型情况。接着，金属3D打印系统加工下一层数据，逐层加工并通过高清相机拍摄成型层的图像。
可调聚焦头112，以保证拍摄不同样件成型形貌图像的清晰度；滤光片113，仅透过440-950nm波长的光，避免高强度的光对相机内部敏感部件的损伤。
所述图像采集筒115为的内壁具有一橡胶层，滤光片113的外缘与橡胶层之间滑动接触，并密封配合。但实际应用中整个图像采集筒115可以采用柔性材料制备，如硅胶材质。
所述图像采集筒115的倾斜角度大约40°～45°，若整个图像采集筒115采用硅胶材质制备，则调整角度更大，也更加灵活，密封性能可能更加优良。
本实用新型所涉及调聚焦头112的焦距、卤素灯7点亮与熄灭、高清相机111的拍摄与停止，均可以采用人工手动方式控制。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，包括密封成型室、用于对平铺在成型平面(4)上的金属粉末层进行激光选区熔化的扫描振镜(2)；其特征在于：在成型室右侧顶壁上设置有一高清相机(111)；该高清相机(111)前端的可调聚焦头(112)，穿过设置在成型室顶壁内侧的图像采集筒(115)伸入成型室内部，用于实时拍摄金属3D打印粉末熔化过程中熔化层的成型形貌；高清相机(111)电讯连接外部的终端设备(6)，高清相机(111)将拍摄到的成型形貌数据传输给终端设备(6)；所述高清相机(111)安装在高度微调组件上，所述高度微调组件固定在成型室右侧顶壁上。
2.根据权利要求1所述基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，其特征在于：所述高度微调组件包括可上下移动的滑条(114)、L形支撑背板(117)；
所述高清相机(111)的背部通过U形连接件固定在滑条(114)上；
所述L形支撑背板(117)沿长度方向开设有一滑槽，所述滑条(114)的背部固定有一带外螺纹的螺杆，螺杆穿过滑槽后在其上安装螺母，螺杆与滑槽之间间隙配合。
3.根据权利要求2所述基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，其特征在于：滑条(114)的侧面具有一凸条，凸条的底部具有一滑槽，U形连接件的口部边缘向内卷边；U形连接件与凸条扣合后，卷边嵌入滑槽内，卷边与滑槽滑动结合，使U形连接件可相对于滑条(114)上下移动；
U形连接件为弹性U形连接件，弹性U形连接件夹持在凸条上。
4.根据权利要求3所述基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，其特征在于：U形连接件的两侧安装有与凸条相抵的辅助调节螺钉。
5.根据权利要求4所述基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，其特征在于：所述L形支撑背板(117)的后侧还增设有一加强杆(116)。
6.根据权利要求3所述基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，其特征在于：所述可调聚焦头(112)的前方安装有滤光片(113)；成型室左侧安装有卤素灯(7)。
7.根据权利要求6所述基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，其特征在于：所述图像采集筒(115)为的内壁具有一橡胶层，滤光片(113)的外缘与橡胶层之间滑动接触，并密封配合。
8.根据权利要求6所述基于高清相机实时拍摄的金属3D打印过程监控装置，其特征在于：所述图像采集筒(115)的倾斜角度为40°～45°。
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