[发明专利]一种用于增材制造的表面缺陷实时检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及用于增材制造的表面缺陷实时检测装置。

背景技术

增材制造技术的出现被认为是21世纪机械制造工业领域的一次划时代的工艺技术革新，给现代社会带来了强大的冲击和震撼。增材制造技术集合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等多项高新技术的优势，与传统机械制造技术相比有很多优势。

增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是一种快速自由成形、制造三维实体零件的新技术，也称为快速原型制造（Rapid Prototyping）、3D打印（3D Printing）、实体自由制造（Solid Free-form Fabrication）等。其中3D打印是最常用的技术名称之一。与传统的机械制造技术（即减材制造和等材制造）相比，增材制造技术有很多它们所无法比拟的优势，例如快速、环保、无需事先制造模具，甚至可以一次快速成型等。增材制品在生产和使用过程中会无可避免地产生某些缺陷，因此需要第一时间对其进行检测。

目前，对于增材制品的检测主要集中在增材制造原料的原材料检测、增材制品的超声检测、射线检测等。但这些检测的重点是增材制品的内部缺陷，例如其内部残余应力分布、材料孔隙率等，而对于某些对表面要求比较高的增材制品仍没有相适应的缺陷检测方法。

为了能满足对表面缺陷较为重视的增材制品的表面实时检测要求，提高整个增材制造过程的工作效率，可利用普通镜头与步进电机相结合的检测方法，采用多摄像头同时采集表面图像信息，并且可以对增材制品的生产进行跟随，同时满足了检测系统精度和速度上的要求。

发明内容

本发明发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种用于增材制造过程中增材制品的表面缺陷的实时检测装置，具体技术方案如下。

一种用于增材制造的表面缺陷实时检测装置，其包括计算机处理单元和分别与计算机处理单元连接的照明模块、镜头组及传感器模块、传动模块和计算机处理单元；所述照明模块为LED光源及开关控制电路，工作于镜头组拍摄过程；所述镜头组包括一个或多个光学镜头；所述传动模块包括步进电机、丝杆以及相应的控制电路，用于改变镜头组的高度，使得镜头组能够始终跟随增材制品的制造过程；所述计算机处理单元用于接收镜头组采集的图像，将采集的图像融合之后，再通过相应的图像处理算法来判断增材制品的表面缺陷类型及位置并记录。

进一步地，所述LED光源中的LED按照队列点阵形式有序排列在一起，集成在同一平面内发光体，或集成为带弧度的有利于聚光的发光体。

进一步地，LED光源的位置与镜头同轴或在多个镜头之间。

进一步地，所述步进电机作为改变镜头组高度的驱动，由一个控制电路来进行控制；当镜头组拍摄完一轮图像后，计算机处理单元根据增材制品的打印进度来决定是否提升镜头组高度，从而控制步进电机运动；步进电机的转动通过与镜头组相连的丝杆，将镜头组提升至需要的高度，使镜头组能够采集到产品新打印出的部分的表面，进行下一轮图像采集，这样就能保证镜头组始终能够采集到增材制品最新的表面图像，实现表面缺陷的实时检测。

进一步地，所述步进电机为一个或多个的组合。

进一步地，步进电机的控制信号与增材制造设备的z轴信息相关联。

镜头组通过多个镜头可得到目标元器件侧面360度的图像；镜头的排列方式按照等间隔的方式放置。

进一步地，LED光源由一个开关控制电路进行控制，开关控制电路按照计算机处理单元控制响应命令与镜头快门协同工作；镜头配合LED光源同步工作，一次闪光获取一个图像；镜头组拍摄得到的图像由传感器将获取的图像上传至计算机处理单元进行数据处理。

进一步地，所述计算机处理单元用于获取图像的分析处理，通过输出响应命令控制步进电机、镜头组和LED光源的工作状态；计算机处理单元是根据外部设备输入的控制信号调节步进电机和/或镜头的工作状态，具体步骤如下：

1）按照3D打印的上升速率来设定镜头的快门频率以及对LED光源阵列开关要求；

2）当进入图像采集环节时，镜头组进行拍摄，获取元器件侧面360度图像，由传感器送入到计算机处理单元中；

3）通过计算机处理单元将采集到的图像进行图像融合，由计算机图像处理算法（例如基于神经网络的缺陷检测方法、基于支持向量机的缺陷检测方法以及基于模糊理论的缺陷检测方法等）判断是否存在表面缺陷，若有缺陷，记录下该缺陷的种类以及位置并进入第4）步，否则直接进入第4）步；