RU2676722C1 - Система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления - Google Patents
Система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676722C1 RU2676722C1 RU2018116431A RU2018116431A RU2676722C1 RU 2676722 C1 RU2676722 C1 RU 2676722C1 RU 2018116431 A RU2018116431 A RU 2018116431A RU 2018116431 A RU2018116431 A RU 2018116431A RU 2676722 C1 RU2676722 C1 RU 2676722C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- markers
- selective laser
- scanning
- scanning system
- field
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/146—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/22—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth
Abstract
Изобретение относится к системе для автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления. Видеокамера системы с объективом соединена с устройством управления, а маркеры расположены в поле зрения объектива видеокамеры на ростовой подложке рабочего стола. Маркеры выполнены в виде неподвижных маркеров, представляющих собой сквозные отверстия в рабочем столе, а система дополнительно содержит устройство очистки маркеров. Технический результат заключается в обеспечении непрерывного контроля точности пространственного положения видеосистемы для автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления без остановки процесса сканирования. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к аддитивным технологиям производства изделий и может быть использовано для повышения точности изготовления деталей методами селективного лазерного сплавления и селективного лазерного спекания. Более конкретно, изобретение относится к системам автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления.
Уровень техники
В технологиях изготовления деталей методами селективного лазерного сплавления и селективного лазерного спекания лазерная послойная обработка поверхности слоя порошка для сплавления или спекания порошка обеспечивается сканирующими системами, представляющими собой механические устройства, поворачивающие или наклоняющие зеркала, которые отклоняют лазерный луч в соответствии с геометрией сечения изготавливаемой детали и выбранными стратегиями обработки. Геометрическая точность перемещения лазерного пучка, определяющая точность изготавливаемой детали, обеспечивается предварительной калибровкой сканирующей системы и системами её автоматической подстройки в процессе изготовления детали.
Сканирующие системы, как и все механические устройства, имеют собственные временные и температурные дрейфы, так называемые смещения от первоначального положения и изменение откликов на одинаковые управляющие сигналы.
Для автоматической подстройки сканирующей системы используются, в основном, видеокамеры, в результате анализа изображения которых, вырабатываются корректирующие воздействия на сканирующую систему.
Для упрощения организации программного обеспечения распознавания образов, то есть определения точного положения лазерного пучка, управляемого сканирующей системой, используется принцип определения координат не собственно элементов детали, а специальных маркеров, сплавляемых одновременно с деталью на рабочем поле установки на незанятых деталью областях.
Таким образом, точность и стабильность работы сканирующей системы определяется точностью и стабильностью определения положения специальных маркеров в поле зрения видеокамеры.
Следовательно, поскольку положение поля зрения видеокамеры относительно рабочего поля установки также подвержено временным и температурным дрейфам, вызванным температурными и временными дрейфами механических элементов, на которых закреплена видеокамера, точность работы сканирующей системы и, в конечном итоге, точность построения изготавливаемой детали определяется стабильностью положения видеокамеры относительно рабочего поля установки.
Известна система корректировки пространственного положения сканирующего устройства по специальным маркерам, наносимым лазерным пучком на плоскость рабочей зоны в процессе изготовления детали (сканирования) на участках, не занятых собственно деталью, описанная в источнике US 6921893 B1. Известная система содержит подвижное средство блокировки света и по меньшей мере два детектора света, расположенные за средством блокировки света, и по меньшей мере один источник света для излучения света на упомянутые детекторы света. При этом обнаружение положения сканирующего устройства в известной системе выполняется путём сравнения, например, вычитания, выходных сигналов детекторов света, которые закрываются в разной степени, при формировании сигнала измерения, имеющего линейную зависимость от положения средства блокировки света.
В качестве прототипа выбрана схема коррекции положения видеосистемы по специальному тест-объекту, помещаемому на время контроля в плоскость ростовой подложки, используемая фирмой ScanLab [http://www.scanlab.de/sites/default/files/pdf-dateien/data-sheets/scanalign-en.pdf].
Недостатком данной системы является невозможность помещения тест-объекта на плоскость рабочей зоны в процессе работы, в связи с отсутствием возможности контроля и компенсирования возникшего в процессе изготовления детали дрейфа. Кроме того, дрейф системы сканирования и корпусных элементов установки, несущих на себе видеокамеры, может занимать длительный промежуток времени, порядка двух суток.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании системы, обеспечивающей непрерывный контроль и корректировку точности положения (дрейфа) видеосистемы для автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления, без необходимости остановки процесса сканирования.
Для решения задачи предложена система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления, содержащая видеокамеру с объективом, соединенную с устройством управления, а также маркеры, расположенные в поле зрения объектива видеокамеры на ростовой подложке рабочего стола упомянутой установки. В отличие от известных решений маркеры выполнены в виде неподвижных маркеров, представляющих собой сквозные отверстия в рабочем столе, а система дополнительно содержит устройство очистки маркеров.
В предпочтительном варианте устройство очистки маркеров представляет собой герметично соединенные с маркерами трубки с клапаном, размещенные снизу рабочего стола и соединенные с атмосферой рабочей камеры с возможностью продувки маркеров газом.
Газ может быть выбран из группы, включающей в себя инертные газы или химически малоактивные газы.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в обеспечении непрерывного контроля точности пространственного положения видеосистемы для автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления без остановки процесса сканирования.
Технический результат достигается тем, что положение видеосистемы для автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления может непрерывно контролироваться в процессе работы установки селективного лазерного сплавления по неподвижным маркерам, выполненным в виде отверстий в рабочем столе, расположенных на минимальном расстоянии от рабочего поля в поле зрения видеосистемы. При этом непрерывность контроля пространственного положения видеосистемы обеспечивается тем, что предусмотрено устройство очистки неподвижных маркеров, которые, будучи расположенными на минимальном расстоянии от рабочего поля, в процессе изготовления детали заполняются порошком, что приводит к снижению их различимости и точности определения их координат. Очистка неподвижных маркеров осуществляется путём продувки снизу газом, например, любым инертным газом (аргон, азот, гелий, неон и т.д.) или химически малоактивным газом (гексафторид серы (элегаз), углекислый газ и т.д.).
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами:
На Фиг. 1 показана обобщённая схема системы автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного спекания,
На Фиг. 2 показана плоскость ростовой подложки установки селективного лазерного спекания с маркерами,
На Фиг. 3 схематично показано устройство очистки маркеров.
Осуществление изобретения
Система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного спекания, представленная на Фиг.1, содержит видеокамеру 1 со встроенным объективом, в поле 2 зрения которого попадает ростовая подложка 3 установки селективного лазерного спекания. Ростовая подложка 3, более подробно показана на Фиг. 2, в непосредственной близости к ростовой подложке 3 (так чтобы попадать в поле зрения видеокамеры), размещены маркеры 4, выполненные в виде отверстий в рабочем столе. Образец (деталь) непосредственно располагается на рабочем поле 5 рабочего стола.
Показанное на Фиг.3 устройство 6 очистки маркеров (на данном рисунке для упрощения показано сечение одного маркера, аналогично выполняемое для всех других) содержит трубку 7, выполненную с возможностью продувки маркеров 4 газом выполненных в виде сквозных отверстий, причем трубка 7 герметично соединена с маркером 4, при этом подача газа осуществляется посредством поворота клапана 8.
При включении установки система видеонаблюдения (камера видеонаблюдения) фотографирует поле зрения, то есть, рабочую область установки и неподвижные маркеры. Специализированное программное обеспечение (ПО) запоминает положение изображения неподвижных маркеров 4 относительно поля зрения камеры. Таким образом, фиксируется действительное начальное положение видеокамеры относительно неподвижных маркеров 4 и, следовательно, рабочего поля установки.
В процессе работы, система разравнивания порошка наносит на рабочее поле слой порошка, сканирующая система перемещает лазерный луч по поверхности слоя порошка, осуществляя его сплавление. После сплавления очередного слоя, неподвижные маркеры 4 могут оказаться засыпанными слоем порошка. Устройство 6 очистки направляет поток газа в неподвижные маркеры 4, осуществляя их очистку путём продувки от попавшего на (в) них порошка. После очистки неподвижных маркеров 4 продувкой, система видеонаблюдения производит фотографирование переплавленного слоя изготавливаемой детали и неподвижных маркеров 4. Специализированное ПО производит анализ полученного изображения, сравнивает его с компьютерным образом данного слоя, включая образы неподвижных маркеров. Отклонения могут быть вызвано двумя причинами – отклонением положения сканатора, осуществляющего сплавление слоя путём перемещения лазерного луча, от номинального, и отклонением положения самой камеры системы видеонаблюдения от номинального. Отклонения могут быть вызваны, например, тепловыми дрейфами элементов конструкции установки.
Вначале производится анализ положения изображений неподвижных маркеров 4 относительно поля зрения камеры видеонаблюдения, что даёт информацию об отклонении положения камеры относительно рабочего поля установки. Специализированное ПО вычисляет отклонение положения камеры видеонаблюдения от начального и фиксирует его величину и направление в памяти. Затем производится анализ изображений слоя детали. Далее, вычисляется разность отклонений положений изображений детали и начального положения изображения неподвижных маркеров. В результате ПО вычисляет истинное отклонение положения изображения детали от номинального, вызванного отклонением положения сканатора относительно рабочего поля установки, независимо от смещения положения камеры наблюдения. Полученное истинное отклонение положения детали от номинального анализируется ПО и, по заданному алгоритму, принимаются решения либо на браковку детали при превышении отклонения заданной величины, либо на корректировку сканирующей системы для компенсации изменения положения сканатора относительно рабочего поля установки.
Claims (3)
1. Система для автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления, содержащая видеокамеру с объективом, соединенную с устройством управления, и маркеры, расположенные в поле зрения объектива видеокамеры на ростовой подложке рабочего стола, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит устройство очистки маркеров, а маркеры выполнены неподвижными в виде сквозных отверстий в рабочем столе.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство очистки маркеров выполнено в виде герметично соединенных с выполненными в виде сквозных отверстий маркерами трубок с клапанами, размещенных снизу рабочего стола и соединенных с атмосферой рабочей камеры с возможностью продувки маркеров газом.
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что газ рабочей камеры выбран из группы, включающей в себя инертные газы или химически малоактивные газы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116431A RU2676722C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116431A RU2676722C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676722C1 true RU2676722C1 (ru) | 2019-01-10 |
Family
ID=64958580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018116431A RU2676722C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676722C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766410C1 (ru) * | 2021-06-08 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Способ лазерной калибровки датчиков теплового потока с имитацией экспериментальной нагрузки |
| RU2766407C1 (ru) * | 2021-06-08 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук | Способ калибровки датчиков теплового потока вращающимся зеркалом с переменным расстоянием |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04351278A (ja) * | 1991-05-24 | 1992-12-07 | Hitachi Ltd | マーキング装置およびマーキング方法 |
| JPH10328871A (ja) * | 1997-06-02 | 1998-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザ加工装置の照射位置補正方法 |
| US6921893B1 (en) * | 2000-06-15 | 2005-07-26 | Scanlab Ag | Position detector for a scanning device |
| JP4351278B2 (ja) * | 1997-05-26 | 2009-10-28 | レーマン，マーチン | リークテストのための方法および装置 |
| US20170239720A1 (en) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Velo3D, Inc. | Accurate three-dimensional printing |
| RU2629574C2 (ru) * | 2015-12-29 | 2017-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерного спекания изделия из порошкообразных материалов |
| RU2630151C2 (ru) * | 2015-12-29 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерного спекания изделия из порошкообразных материалов |
| RU2637034C1 (ru) * | 2017-01-30 | 2017-11-29 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Способ лазерной сварки труб |
| US20170341183A1 (en) * | 2014-12-12 | 2017-11-30 | Velo3D, Inc. | Control Systems for Three-Dimensional Printing |
-
2018
- 2018-05-03 RU RU2018116431A patent/RU2676722C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04351278A (ja) * | 1991-05-24 | 1992-12-07 | Hitachi Ltd | マーキング装置およびマーキング方法 |
| JP4351278B2 (ja) * | 1997-05-26 | 2009-10-28 | レーマン，マーチン | リークテストのための方法および装置 |
| JPH10328871A (ja) * | 1997-06-02 | 1998-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザ加工装置の照射位置補正方法 |
| US6921893B1 (en) * | 2000-06-15 | 2005-07-26 | Scanlab Ag | Position detector for a scanning device |
| US20170341183A1 (en) * | 2014-12-12 | 2017-11-30 | Velo3D, Inc. | Control Systems for Three-Dimensional Printing |
| RU2629574C2 (ru) * | 2015-12-29 | 2017-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерного спекания изделия из порошкообразных материалов |
| RU2630151C2 (ru) * | 2015-12-29 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерного спекания изделия из порошкообразных материалов |
| US20170239720A1 (en) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Velo3D, Inc. | Accurate three-dimensional printing |
| RU2637034C1 (ru) * | 2017-01-30 | 2017-11-29 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Способ лазерной сварки труб |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766410C1 (ru) * | 2021-06-08 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Способ лазерной калибровки датчиков теплового потока с имитацией экспериментальной нагрузки |
| RU2766407C1 (ru) * | 2021-06-08 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук | Способ калибровки датчиков теплового потока вращающимся зеркалом с переменным расстоянием |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20190133761A (ko) | 검류계 스캐너 보정을 위한 광학 기준 생성 | |
| JP5317468B2 (ja) | 欠陥検査装置 | |
| RU2689585C1 (ru) | Устройство и способ калибровки облучающей системы аппарата для изготовления трехмерного изделия | |
| US6677565B1 (en) | High speed autofocus and tilt for an optical imaging system | |
| EP1173302B1 (en) | Laser calibration apparatus and method | |
| RU2676722C1 (ru) | Система автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления | |
| US20060202115A1 (en) | Apparatus and method for beam drift compensation | |
| KR20160013813A (ko) | 자동-초점 시스템 | |
| JP2015184679A (ja) | 光電装置および鮮明な画像を撮影するための方法 | |
| KR102364166B1 (ko) | 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치 | |
| JP2003066341A (ja) | レチクル検査装置 | |
| CN113784832A (zh) | 工件的增材制造的监控和过程控制 | |
| US6556307B1 (en) | Method and apparatus for inputting three-dimensional data | |
| JP2005070225A (ja) | 表面画像投影装置及び表面画像投影方法 | |
| KR102190345B1 (ko) | 조명 빔 오정렬의 보정을 위한 시스템 및 방법 | |
| JP6880110B2 (ja) | ３次元の物体を付加製造する装置及び３次元の物体を付加製造する装置を構成する方法 | |
| JPH0381082A (ja) | レーザビーム径の制御方法とその装置 | |
| TWI704023B (zh) | 雷射加工機的控制裝置、雷射加工方法及雷射加工機 | |
| TW201737327A (zh) | 雷射加工裝置 | |
| KR20120017527A (ko) | 레이저 가공장치 및 그 제어방법 | |
| KR102313467B1 (ko) | 레이저 가공 장치 | |
| KR20200019386A (ko) | 레이저 가공 장치 | |
| JP5033365B2 (ja) | 検査装置 | |
| KR101712545B1 (ko) | 적외선 검출기의 디포커스 장치 및 디포커스 방법 | |
| US20230130740A1 (en) | System and method to measure and calibrate laser processing machine using low-power beam profiler |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200504 |