[发明专利]一种铺粉质量监控方法及增材制造设备

说明书

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种铺粉质量监控方法，还涉及一种铺粉成形质量的增材制造设备。

背景技术

增材制造技术是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层和数控成形系统，利用高能束将材料进行逐层堆积，最终叠加成形，制造出有特定几何形状零件的一种技术手段。增材制造的工艺方法有很多种，主要分为基于送粉方式和基于铺粉方式的制造方法。铺粉装置循环往复的铺设成形粉末，结合成形平台的不断下降及高能束的扫描成形，逐渐堆叠成形三维零件。

铺粉装置在铺粉过程中，会因为循环气体的不稳定性、成形平台的精度差、成形参数的不完美、刮刀刮蹭成形零件等原因，造成铺粉装置在循环往复的铺粉过程中，成形粉末未能完全覆盖成形区域，进而造成成形零件的区域内出现不断重复成形扫描的情况，从而影响成形零件的质量，情况严重时，甚至会造成成形零件的扫描成形的失败。在现有的扫描成形技术中，增材制造设备无法实时监测铺粉的质量，当上述情况无法得到及时的发现及处理时，就有可能出现影响成形零件的扫描成形质量的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铺粉质量监控方法，在每层铺粉结束后对铺粉质量进行监控，解决了现有铺粉方法无法实时监测铺粉的过程及铺粉质量的问题。

本发明的另一个目的是提供一种用于监控铺粉质量的增材制造设备。

本发明所采用的一个技术方案是，一种铺粉质量监控方法，在当前层铺粉完成后，通过设置在成形平台上方的摄像机拍摄成形区域的照片，获取由成形粉末覆盖的整个成形平台的整体灰度值信息，若该灰度值和预先设定的灰度阈值的差值在误差允许的范围内，则铺粉成功，若误差允许的范围内，增材制造设备停止铺粉工作。

进一步，该方法包括以下步骤：

步骤1，获取当前层图像

在当前层粉末铺设完成后，通过摄像机拍摄成形平台区域的照片；

步骤2、当前层图像处理

基于遗传算法的最大类间方差图像分割算法对拍摄的照片进行图像分割处理，并取得成形平台区域的整体灰度值A；使用同类成形粉末铺设成形平台，并进行大量实验，由摄像机采集粉末铺设成功时的照片，计算其平均灰度值，定义为平均灰度阈值B；

步骤3、判断铺粉是否成功

如果整体灰度值A与平均灰度阈值B的差值在误差允许的范围内，判断铺粉成功，增材制造设备继续执行成形扫描的工作；否则，判断铺粉失败，增材制造设备停止相应的成形扫描工作，待人工处理完故障，再开始成形扫描的工作。

为了进一步判断铺粉失败的原因，当整体灰度值A与平均灰度阈值B的差值超出误差允许的范围时，提取拍摄照片中成形平台区域的灰度值异常区域，并将该灰度值异常区域的灰度阈值定义为C，将灰度值异常区域的灰度阈值C与平均灰度阈值B进行比较，判断铺粉失败的原因：

如果C小于B，铺粉失败可能是由于大颗粒附着、刮刀刮蹭零件等原因导致，也可能是粉少导致；

如果C大于B，铺粉失败是由于刮刀架落粉槽中积粉过多导致。

上述灰度值异常区域的提取使用使用灰度阈值分割法。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种用于监控铺粉质量的增材制造设备，包括位于成形平台区域上方的拍摄装置，拍摄装置与计算机相连。

进一步，拍摄装置为摄像机。

本发明的有益效果是，本发明的监控方法能对铺粉质量进行实时监控，以便操作人员随时了解铺粉质量状况，及时发现问题，消弱甚至消除了因无法实时监测铺粉的过程及铺粉的质量，造成的铺粉质量差、零件的成形失败等问题。

附图说明

图1是本发明监控铺粉质量的增材制造设备的结构示意图；

图2是本发明铺粉质量监控方法的原理流程图。

图中，1.成形室平面，2.摄像机，3.工控机，4.铺粉平面，5.摄像机采集成形图像区域，6.刮刀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

本发明所使用的装置如图1所示，在成形室平面1上方正中央位置设置有一个摄像机2，摄像机2通过与控制成形的工控机3连接。摄像机2能够采集到的成形图像区域5包含整个铺粉平面4。

在当前层铺粉完成后，通过摄像机拍摄成形区域的照片，获取由成形粉末覆盖的整个成形平台的整体灰度值信息，若该灰度值和灰度阈值的差值在误差允许的Δ范围内，则铺粉成功，若否，增材制造设备停止铺粉工作。