RU185518U1

RU185518U1 - Control device and adaptive control for direct laser growing

Info

Publication number: RU185518U1
Application number: RU2018118421U
Authority: RU
Inventors: Глеб Андреевич Туричин; Евгений Вячеславович Земляков; Константин Дмитриевич Бабкин; Михаил Валерьевич Кузнецов
Priority date: 2018-05-19
Filing date: 2018-05-19
Publication date: 2018-12-07

Abstract

Полезная модель относится к области гетерофазной порошковой металлургии и может быть использована в различных отраслях промышленности при создании сложных изделий методом аддитивных технологий. Техническая проблема – создание конструкции устройства для прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошковых материалов, обеспечивающей высокую точность управления геометрическими размерами получаемых трехмерных изделий, а также увеличение экономичности оборудования. Устройство контроля и адаптивного управления при прямом лазерном выращивании, содержащее лазер, соединенный с блоком управления, включающим в себя вычислительное устройство с программным ПИД алгоритмом регулирования мощности лазерного луча, видеокамеру, оснащенную узкополосным оптическим фильтром и соединенную с лазерной головкой через оптический коннектор коаксиально ее оптической оси, при этом блок управления по интерфейсу Ethernet соединен с видеокамерой, отличающееся тем, что видеокамера с лазерной головкой расположены в рабочей камере, лазерная головка снабжена триангуляционным лазерным датчиком и линейным приводом, а блок управления соединен по интерфейсу Ethernet с триангуляционным лазерным датчиком и лазером, оптически соединенным через оптоконнектор с лазерной головкой.The utility model relates to the field of heterophase powder metallurgy and can be used in various industries to create complex products using the additive technology. The technical problem is the creation of a device design for direct laser growing of products from metal powder materials, which provides high precision control of the geometric dimensions of the obtained three-dimensional products, as well as an increase in the efficiency of the equipment. A control and adaptive control device for direct laser growing, comprising a laser connected to a control unit including a computing device with a software PID algorithm for controlling the laser beam power, a video camera equipped with a narrow-band optical filter and connected to the laser head through an optical connector coaxially with its optical axis while the control unit via Ethernet is connected to the video camera, characterized in that the video camera with a laser head is located in the working least a laser head equipped with a laser triangulation sensor and the linear drive, and the control unit is connected by Ethernet interface with a laser triangulation sensor and laser, optically coupled through optokonnektor laser head.

Description

Полезная модель относится к области гетерофазной порошковой металлургии и может быть использована в различных отраслях промышленности при создании сложных изделий методом аддитивных технологий.The utility model relates to the field of heterophase powder metallurgy and can be used in various industries to create complex products using the additive technology.

Известны способ и устройство для лазерной наплавки с контролем в режиме реального времени процесса наплавки и размеров слоя (патент РФ № 2228243, опубл. 20.12.2002 по классу МПК B23K 26/34). Способ реализуется с применением средства оптического детектирования с оптоэлектрическим чувствительным элементом для выдачи электрического сигнала как функции высоты слоя наплавленного материала и регулятора с обратной связью для регулирования скорости наплавки. При изготовлении изделия оптически отслеживается высота слоя наплавленного материала. Изобретение позволяет регулировать размеры и свойства покрытия. Недостатками данного способа является контроль части наплавленного слоя и отсутствие контроля общих размеров получаемого изделия, что снижает точность изготовления изделия.A known method and device for laser welding with real-time control of the welding process and the size of the layer (RF patent No. 2228243, publ. 12/20/2002 class IPC B23K 26/34). The method is implemented using optical detection means with an optoelectric sensing element for generating an electrical signal as a function of the layer height of the deposited material and a feedback controller for controlling the surfacing speed. In the manufacture of the product, the height of the layer of deposited material is optically monitored. The invention allows you to adjust the size and properties of the coating. The disadvantages of this method is the control of part of the deposited layer and the lack of control of the overall dimensions of the resulting product, which reduces the accuracy of the manufacture of the product.

В изобретении по патенту РФ № 2321678 «Способ формирования металлической части на металлической подложке посредством осаждения накладываемых друг на друга слоев (варианты)» предполагается считывание параметров ванны расплава в группе выбранных координат, запоминание считанных параметров в каждой из выбранных координат и обработку сохраненных параметров с определением соответствующей мощности лазера для нанесения следующего слоя. Изменение мощности при нанесении последующих слоев осуществляется таким образом, чтобы получить ванну расплава, соответствующую той, которая получалась при нанесении нижнего оптимального слоя. Способ реализуется устройством, содержащим головку с дозатором, подложку, закрепленную на рабочем столе, соединенным с контроллером устройства числового программного управления, видеокарту, включающую блок программного обеспечения обработки изображения, программный блок устройства числового программного управления, связывающий их интерфейсный драйвер и пару ПЗС - камер (камер с зарядовой связью), закрепленных на рабочем столе. Недостатками данного способа является косвенность способа контроля процесса и размеров выращиваемого изделия, так как ванна расплава по своим размерам из-за несоответствия её ширины ширине получаемого слоя, с недостаточной точностью определяет толщину стенки будущего изделия. In the invention according to the RF patent No. 2321678 “Method for forming a metal part on a metal substrate by deposition of layers superimposed on each other (options)”, it is assumed to read the parameters of the molten bath in a group of selected coordinates, memorize the read parameters in each of the selected coordinates and process the stored parameters with the definition appropriate laser power for applying the next layer. The change in power during the deposition of subsequent layers is carried out in such a way as to obtain a melt bath corresponding to that obtained by applying the lower optimum layer. The method is implemented by a device containing a head with a dispenser, a substrate mounted on a desktop connected to a controller of a numerical control device, a video card including an image processing software unit, a numerical control device program unit connecting their interface driver and a pair of CCD cameras ( charge-coupled cameras) mounted on the desktop. The disadvantages of this method is the indirectness of the method of controlling the process and the size of the grown product, since the melt bath in its dimensions due to the mismatch of its width with the width of the resulting layer, determines the wall thickness of the future product with insufficient accuracy.

Известен способ управления процессом селективного лазерного спекания объёмного изделия из порошков и устройство для его осуществления (патент РФ № 2595072, опубл. 20.08.2016 по классам МПК G01N 25/02, B33Y 40/00). В заявленном способе используют устройство, содержащее сканер лазерного излучения с объективом, оптически связанные оптический пирометр с объективом, видеокамеру с анализатором изображения и объективом, источник подсветки поверхности, компьютер, 2D сканер и модуль управления, включающий регулятор управления сканером лазерного излучения и регулятор управления мощностью лазера, выполненные с возможностью поддержания на заданном уровне мощности лазерного излучения, размера пятна лазерного излучения в зоне воздействия и скорости сканирования пятна по поверхности порошковой насыпки. Также устройство оснащено 3D сканером изображений спеченного изделия, предназначенным для контроля геометрии выращенного изделия. Основным недостатком устройства являются громоздкость и высокая стоимость. Также не понятна необходимость одновременного использования оптического пирометра с объективом, видеокамеры с анализатором изображения и объективом, 2D сканера и 3D сканера.A known method of controlling the process of selective laser sintering of a bulk product from powders and a device for its implementation (RF patent No. 2595072, publ. 08/20/2016 for IPC classes G01N 25/02, B33Y 40/00). The claimed method uses a device containing a laser radiation scanner with a lens, an optically coupled optical pyrometer with a lens, a video camera with an image analyzer and a lens, a surface illumination source, a computer, a 2D scanner, and a control module including a laser scanner control controller and a laser power control controller made with the possibility of maintaining at a given level of laser radiation power, the size of the laser spot in the affected area and the scanning speed IAOD spots on the surface of the powder application phase. The device is also equipped with a 3D scanner of images of the sintered product, designed to control the geometry of the grown product. The main disadvantage of the device is cumbersome and high cost. Also, the need for the simultaneous use of an optical pyrometer with a lens, a video camera with an image analyzer and a lens, a 2D scanner and a 3D scanner is not understood.

За прототип выбрано устройство контроля и адаптивного управления процессом прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошковых материалов, включающее видеокамеру и блок управления, отличающееся тем, что блок управления соединен с видеокамерой по интерфейсу Ethernet и включает в себя вычислительное устройство с программным ПИД алгоритмом регулирования мощности лазерного луча, для видео-регистрации используется видеокамера с одним или двумя узкополосными фильтрами, соединенная с лазерной головкой через оптический коннектор коаксиально ее оптической оси (см. патент РФ № 162341, опубл. 10.06.2016 по классам МПК G01N 21/63, B23K 26/34). Недостатками прототипа является недостаточная точность измерения геометрии наплавляемого валика и общих размеров выращиваемого изделия.For the prototype, a device for monitoring and adaptive control of the direct laser growing process of products from metal powder materials was selected, including a video camera and a control unit, characterized in that the control unit is connected to the video camera via an Ethernet interface and includes a computing device with a software PID algorithm for controlling the laser beam power , for video recording, a video camera with one or two narrow-band filters is used, connected to the laser head through an optical connection p coaxially with the optical axis thereof (see. Russian patent № 162 341, publ. 06.10.2016 by IPC classes G01N 21/63, B23K 26/34). The disadvantages of the prototype is the lack of accuracy in measuring the geometry of the weld bead and the overall size of the grown product.

Технической проблемой заявляемой полезной модели является создание конструкции устройства для прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошковых материалов, обеспечивающей высокую точность управления геометрическими размерами получаемых трехмерных изделий, а также увеличение экономичности оборудования.The technical problem of the claimed utility model is the creation of a device design for direct laser growing of products from metal powder materials, providing high precision control of the geometric dimensions of the resulting three-dimensional products, as well as increasing the efficiency of the equipment.

Техническим результатом заявляемого решения является обеспечение высокой точности контроля получаемого изделия, что достигается за счет управления процессом выращивания изделия и общими размерами выращенной части изделия, путем обеспечения контроля ширины наплавленного слоя. The technical result of the proposed solution is to ensure high precision control of the resulting product, which is achieved by controlling the process of growing the product and the overall size of the grown part of the product, by ensuring control of the width of the deposited layer.

Устройство контроля и адаптивного управления при прямом лазерном выращивании, содержащее лазер, соединенный с блоком управления, включающим в себя вычислительное устройство с программным ПИД алгоритмом регулирования мощности лазерного луча, видеокамеру, оснащенную узкополосным оптическим фильтром и соединенную с лазерной головкой через оптический коннектор коаксиально ее оптической оси, при этом блок управления по интерфейсу Ethernet соединен с видеокамерой, отличающееся тем, что видеокамера с лазерной головкой расположены в рабочей камере, лазерная головка снабжена триангуляционным лазерным датчиком и линейным приводом, а блок управления соединен по интерфейсу Ethernet с триангуляционным лазерным датчиком и лазером, оптически соединенным через оптоконнектор с лазерной головкой.A control and adaptive control device for direct laser growing, comprising a laser connected to a control unit including a computing device with a software PID algorithm for controlling the laser beam power, a video camera equipped with a narrow-band optical filter and connected to the laser head through an optical connector coaxially with its optical axis while the control unit via Ethernet is connected to the video camera, characterized in that the video camera with a laser head is located in the working least a laser head equipped with a laser triangulation sensor and the linear drive, and the control unit is connected by Ethernet interface with a laser triangulation sensor and laser, optically coupled through optokonnektor laser head.

В процессе выращивания изделия металлический порошок подаётся локально в зону обработки (коаксиально или не коаксиально оптической оси лазерного излучения). Оснащение лазерной головки триангуляционным лазерным датчиком позволяет увеличить точность измерения ширины наплавленного слоя по изображению ванны расплава (благодаря введению коррелирующего коэффициента по результатам сравнения ширины изображения ванны расплава и наплавляемого слоя), передаваемому от видеокамеры, установленной коаксиально оптической оси лазерного излучения. Видеокамера по интерфейсу Ethernet постоянно передает видеопоток с изображением ванны расплава на вычислительное устройство блока управления, которое регистрирует изображение, фильтрует изображение, бинаризует изображение, детектирует границы ванны расплава с помощью метода Канни, определяет диаметр ванны расплава с помощью преобразования Хафа, сравнивает с заданным значением в компьютерной модели изделия, а затем, в случае их отличия, вырабатывает управляющий сигнал по изменению мощности лазерного излучения и/или линейной скорости перемещения выращиваемого изделия относительно лазерного луча: запускает пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) алгоритм регулирования. При этом, ширина наплавленного слоя поддерживается в пределах допустимого значения, непосредственно в ходе наложения текущего слоя.In the process of growing the product, metal powder is supplied locally to the treatment zone (coaxially or non-coaxially to the optical axis of the laser radiation). Equipping the laser head with a triangulation laser sensor makes it possible to increase the accuracy of measuring the width of the deposited layer from the image of the melt bath (due to the introduction of a correlation coefficient from the results of comparing the image width of the melt bath and the deposited layer) transmitted from a video camera mounted coaxially to the optical axis of the laser radiation. The camcorder via Ethernet interface constantly transfers the video stream with the image of the melt bath to the computing device of the control unit, which registers the image, filters the image, binarizes the image, detects the boundaries of the melt bath using the Canny method, determines the diameter of the melt bath using the Hough transform, compares it with a computer model of the product, and then, if they differ, it generates a control signal for changing the laser radiation power and / or linear velocity room of the grown product relative to the laser beam: starts the proportional-integral-differentiating (PID) control algorithm. At the same time, the width of the deposited layer is maintained within the acceptable value, directly during the application of the current layer.

Контроль общих размеров изделия осуществляется с помощью триангуляционного лазерного датчика, соединенного с блоком управления. После наложения как минимум одного слоя изделия, триангуляционный лазерный датчик производит замер общих размеров выращиваемого изделия или его части и по интерфейсу Ethernet передает в вычислительное устройство блока управления, где они сравниваются с габаритными размерами модели изделия, записанными в память устройства и, в случае расхождения, вычислительное устройство корректирует координаты для перемещения осей манипулятора на следующем слое, до момента его наложения. Monitoring the overall dimensions of the product is carried out using a triangulation laser sensor connected to the control unit. After applying at least one layer of the product, the triangulation laser sensor measures the total size of the cultivated product or part thereof and transfers it via the Ethernet interface to the control unit computing device, where they are compared with the overall dimensions of the product model recorded in the device’s memory and, if there is a discrepancy, the computing device corrects the coordinates for moving the axis of the manipulator on the next layer, until it is superimposed.

Так как контролируется несколько параметров, а не только ширина наплавленного слоя, это дает возможность корректировки неточностей при изготовлении изделия в процессе его создания, с большей скоростью реагирования на все отклонения от заданной модели изделия, возникающие в процессе создания. Таким образом, достигается повышение точности контроля толщины стенки выращиваемого изделия и общих размеров выращиваемого изделия или части изделия.Since several parameters are controlled, and not just the width of the deposited layer, this makes it possible to correct inaccuracies in the manufacture of the product in the process of its creation, with a greater response rate to all deviations from the given model of the product that arise during the creation. Thus, an increase in the accuracy of controlling the wall thickness of the grown product and the overall dimensions of the grown product or part of the product is achieved.

Заявленное решение поясняется чертежом, где схематично изображено устройство контроля и адаптивного управления при прямом лазерном выращивании.The claimed solution is illustrated by the drawing, which schematically shows a control device and adaptive control for direct laser growth.

Устройство контроля и адаптивного управления при прямом лазерном выращивании снабжено видеокамерой 1, установленной при помощи коннектора 2 на лазерной головке 3 с соплом, коаксиально оптической оси лазерного луча. Лазерный луч, генерируемый лазером 5, направляется по транспортирующему волокну 6 в оптоконнектор 7, а из него в лазерную головку 3 и затем на металлическую подложку 8, на поверхности которой под воздействием лазерного луча образуется наплавленный валик 9. Видеокамера 1 по интерфейсу Ethernet 10 соединена с блоком управления 11, который включает в себя вычислительное устройство 12 с программным ПИД алгоритмом регулирования мощности лазерного луча и линейной скорости перемещения выращиваемого изделия относительно лазерного луча и модулем корректировки координат для перемещения осей манипулятора. Комплекс содержит также триангуляционный лазерный датчик 13, предназначенный для корректировки ширины слоя и замера общих размеров изделия на определённом этапе выращивания или части изделия 14 и корректировки координат для перемещения осей манипулятора 15. Видеокамера 1 представляет собой монохромную цифровую видеокамеру, оснащенную узкополосным оптическим фильтром 4 для того, чтобы отсекать отраженное лазерное излучение в зоне наблюдения. Триангуляционный лазерный датчик 13 может прикрепляться к лазерной головке 3 или устанавливаться стационарно, в зависимости от размеров изделия. При необходимости может быть использовано два и более триангуляционных лазерных датчиков.The control and adaptive control device for direct laser growth is equipped with a video camera 1 mounted using a connector 2 on the laser head 3 with a nozzle coaxial to the optical axis of the laser beam. The laser beam generated by the laser 5 is directed through the transporting fiber 6 to the optical connector 7, and from it to the laser head 3 and then to the metal substrate 8, on the surface of which a deposited roller 9 is formed under the influence of the laser beam. Video camera 1 is connected via Ethernet 10 to a control unit 11, which includes a computing device 12 with a software PID algorithm for controlling the power of the laser beam and the linear velocity of the grown product relative to the laser beam and the module correctly Rovkov coordinates for moving manipulator axes. The complex also contains a triangulation laser sensor 13, designed to adjust the layer width and measure the overall dimensions of the product at a certain stage of cultivation or part of the product 14 and adjust the coordinates to move the axes of the manipulator 15. Video camera 1 is a monochrome digital video camera equipped with a narrow-band optical filter 4 in order to to cut off the reflected laser radiation in the observation area. The triangulation laser sensor 13 can be attached to the laser head 3 or mounted permanently, depending on the size of the product. If necessary, two or more triangulation laser sensors can be used.

Устройство контроля и адаптивного управления при прямом лазерном выращивании изделий из металлических порошковых материалов работает следующим образом.The control and adaptive control device for direct laser growing of products from metal powder materials works as follows.

Перед началом технологического процесса изготовления изделия создают трехмерную компьютерную модель, разделенную на множество поперечных сечений (STL-модель), которая загружается в блок управления 11. В порошковый питатель (на чертеже не показан) устройства засыпают металлический порошок требуемого химического состава с фракцией 50-150 мкм. С помощью системы управления порошкового питателя выставляется расход порошка и расход транспортного газа (аргона). После выставления необходимых параметров подачи порошка порошковый питатель переводится в автоматический режим работы. С помощью блока управления 11 задают параметры лазерного излучения: скорость перемещения лазерной головки 3 с соплом, через которое подается металлический порошок в виде газопорошковой струи, относительно изделия. На манипулятор, расположенный в рабочей камере, устанавливают металлическую подложку 8. Процесс прямого лазерного выращивания может осуществляться как в герметичной камере, заполненной инертными газами требуемой чистоты, так и с локальной защитой ванны расплава. Before the technological process of manufacturing the product begins, a three-dimensional computer model is created, divided into many cross sections (STL model), which is loaded into the control unit 11. Metal powder of the required chemical composition with a fraction of 50-150 is poured into the powder feeder (not shown in the drawing) microns. Using the control system of the powder feeder, the powder flow rate and the flow rate of transport gas (argon) are set. After setting the necessary parameters for supplying the powder, the powder feeder is put into automatic operation. Using the control unit 11, the parameters of laser radiation are set: the speed of movement of the laser head 3 with a nozzle through which metal powder in the form of a gas-powder jet is supplied, relative to the product. A metal substrate is mounted on a manipulator located in the working chamber 8. The direct laser growth process can be carried out both in a sealed chamber filled with inert gases of the required purity and with local protection of the molten bath.

Генерируют лазерный луч и коаксиально ему или под углом, подают через сопло лазерной головки 3 металлический порошок, поступающий в сопло от порошкового питателя. При этом осуществляют перемещение лазерной головки 3 относительно подложки 8 с использованием числового управления по программируемой траектории, построенной на базе STL-модели с периодическим формированием зоны расплава. Металлическая подложка 8 перемещается относительно головки 3 по программируемой траектории под управлением контроллера устройства числового управления (ЧПУ).A laser beam is generated and coaxial to it or at an angle, metal powder supplied through the nozzle of the laser head 3 is supplied to the nozzle from a powder feeder. In this case, the laser head 3 is moved relative to the substrate 8 using numerical control along a programmed path constructed on the basis of the STL model with periodic formation of the melt zone. The metal substrate 8 moves relative to the head 3 along a programmed path under the control of a controller of a numerical control device (CNC).

Контроль и управление геометрии выращиваемого изделия осуществляется следующим образом.Control and management of the geometry of the grown product is as follows.

В ходе наложения слоя при процессе прямого лазерного выращивания изделий из порошковых материалов видеокамера 1 с помощью фильтра 4 отфильтровывает коротковолновую часть видимого спектра и рабочую длину волны лазерного луча 1070 нм, генерируемого лазером 5 и направляемого по транспортирующему волокну 6 в оптоконнектор 7, а из него в лазерную головку 3 и затем на подложку 8, таким образом, чтобы регистрировался диапазон длин волн 800-1000 нм, соответствующий ближнему ИК диапазону. На указанный диапазон длин волн приходится пик интенсивности излучения горячего наплавленного слоя 9, образующегося на поверхности подложки 8 под воздействием лазерного луча в ходе процесса. Видеокамера 1 по интерфейсу Ethernet 10 постоянно передает на блок управления 11 видеопоток с изображением наплавленного слоя 9. Вычислительное устройство 12, находящееся в блоке управления 11, регистрирует изображение, фильтрует изображение, бинаризует изображение, поступающее от видеокамеры 1 согласно установленной программе, также оно выполняет корректировку изображения, исправление аберраций, вносимых оптической системой камеры и его распознавание с использованием алгоритмов компьютерного зрения (детектирует границы ванны расплава с помощью метода Канни, определяет диаметр ванны расплава с помощью преобразования Хафа). С помощью программного обеспечения блока управления 11 вычисляет текущую ширину наплавленного слоя 9 и сравнивает со значением толщины стенки модели с учётом припуска на последующую механическую обработку. В случае несоответствия текущей ширины наплавленного слоя 9 допустимому значению, вычислительное устройство 12 запускает ПИД алгоритм регулирования мощности лазерного излучения и/или линейной скорости перемещения выращиваемого изделия относительно лазерного луча. За счет ПИД алгоритма регулирования измеряемая ширина наплавленного слоя 9 поддерживается в пределах допустимого значения, в режиме реального времени. Время цикла распознавания видеокамеры 200 кад/с, что обеспечивает высокую скорость регулирования процесса. После наложения минимум одного слоя изделия 14, с помощью триангуляционного лазерного датчика 13 производится замер общих размеров слоя изделия или части изделия 14. Точность контроля общих размеров получаемого слоя или части изделия 14 зависит от точности измерения используемого триангуляционного лазерного датчика 13, а скорость от быстроты передачи им сигнала на вычислительное устройство 12 блока управления 11 комплексом для прямого лазерного выращивания. По интерфейсу Ethernet 10 вычислительное устройство 12 получает данные от триангуляционного лазерного датчика 13, которые сравниваются с данными модели изделия, записанными в память этого устройства после создания STL-модели изделия и, в случае расхождения, вычислительное устройство 12 корректирует координаты для перемещения осей манипулятора 15 на следующем слое до момента его наложения. Таким образом, уменьшается неточность в изготовлении изделия, накапливающаяся от слоя к слою.In the course of applying a layer during the direct laser growing of powdered materials, the video camera 1, using a filter 4, filters out the short-wavelength part of the visible spectrum and the working wavelength of the laser beam 1070 nm generated by the laser 5 and sent through the transporting fiber 6 to the optical connector 7, and from it to the laser head 3 and then onto the substrate 8, so that the recorded wavelength range of 800-1000 nm, corresponding to the near infrared range. The specified wavelength range accounts for a peak in the radiation intensity of the hot deposited layer 9 formed on the surface of the substrate 8 under the influence of a laser beam during the process. The video camera 1 via Ethernet 10 constantly transmits to the control unit 11 a video stream with the image of the deposited layer 9. The computing device 12 located in the control unit 11 registers the image, filters the image, binaries the image coming from the video camera 1 according to the installed program, it also makes corrections images, correction of aberrations introduced by the camera optical system and its recognition using computer vision algorithms (detects the boundaries of the melt bath with using the Canny method, determines the diameter of the melt pool using the Hough transform). Using the software of the control unit 11 calculates the current width of the deposited layer 9 and compares it with the wall thickness of the model taking into account the allowance for subsequent machining. If the current width of the deposited layer 9 does not match the permissible value, the computing device 12 starts the PID algorithm for regulating the power of laser radiation and / or the linear velocity of the grown product relative to the laser beam. Due to the PID control algorithm, the measured width of the deposited layer 9 is maintained within the acceptable value, in real time. The recognition cycle of the video camera is 200 frames per second, which ensures a high speed of process regulation. After applying at least one layer of the product 14, using the triangulation laser sensor 13, the overall dimensions of the product layer or part of the product 14 are measured. The accuracy of control of the overall dimensions of the resulting layer or part of the product 14 depends on the measurement accuracy of the used triangulation laser sensor 13, and the speed on the speed of transmission they signal to the computing device 12 of the control unit 11 complex for direct laser growth. On the Ethernet interface 10, the computing device 12 receives data from the triangulation laser sensor 13, which is compared with the product model data recorded in the memory of this device after creating the STL model of the product and, in case of a discrepancy, the computing device 12 corrects the coordinates for moving the axes of the manipulator 15 by the next layer until it is applied. Thus, the inaccuracy in the manufacture of the product, which accumulates from layer to layer, is reduced.

С использованием системы контроля и адаптивного управления методом прямого лазерного выращивания были изготовлены высоконапорные осевые вентиляторы. В качестве присадочного материала использовали металлический порошок марки 316L. Способ лазерного выращивания изделий из металлических порошковых материалов с контролем и адаптивным управлением геометрии выращиваемых изделий осуществляется при определенных параметрах режима: диаметр пятна лазерного луча 1-2 мм, мощность лазерного луча 800-3000 Вт, скорость перемещения лазерного луча относительно подложки при наложении слоя материала 20-50 мм/с. Толщина стенки выращиваемого изделия от 0,8 до 1,5 мм. Используемый металлический порошок имеет дисперсность от 50 до 150 мкм. В качестве защитного газа используют Ar. Также с использованием данной системы контроля и адаптивного управления методом прямого лазерного выращивания можно изготавливать изделия из различных порошковых материалов включая сплавы на никелевой, кобальтовой, титановой и железной основе.Using a control system and adaptive control by direct laser growing, high-pressure axial fans were manufactured. As an additive material used metal powder grade 316L. A method of laser growing products from metal powder materials with control and adaptive control of the geometry of the grown products is carried out under certain parameters of the regime: the diameter of the laser beam spot is 1-2 mm, the laser beam power is 800-3000 W, the speed of the laser beam relative to the substrate when applying a layer of material 20 -50 mm / s. The wall thickness of the grown product is from 0.8 to 1.5 mm. The metal powder used has a dispersion of 50 to 150 microns. Ar is used as a shielding gas. Also, using this control system and adaptive control by direct laser growth, it is possible to manufacture products from various powder materials, including alloys based on nickel, cobalt, titanium and iron.

Заявленное решение применимо для процесса прямого лазерного выращивания с использованием коаксиального или некоаксиального сопла подачи порошка.The claimed solution is applicable for the direct laser growing process using a coaxial or non-coaxial powder feed nozzle.

Claims

A device for adaptive control of the direct laser growing process of an article containing a video camera equipped with a narrow-band optical filter, and a control unit including a computing device with a software PID algorithm for controlling the laser beam power, the video camera being connected to the control unit via an Ethernet interface, characterized in that it is equipped with a triangulation laser sensor for measuring the dimensions of the manufactured product, connected to the control unit via the Ethernet interface.