[发明专利]一种扫描精度在线监控系统及方法

说明书

本发明提供一种扫描精度在线监控方法，其包括以下步骤：S1、采集烧结所产生的可见光信号形成光斑原始图像，并对光斑图像进行处理获得激光光斑可计算图像信息；S2、计算出光斑所在位置的极坐标值A(ρ,θ)；S3、将光斑的极坐标值A(ρ,θ)转化为2维笛卡尔坐标系坐标A(x,y)；S4、将计算得到坐标值A(x,y)与当前扫描设定位置A’(x’,y’)做比较，实时得到当前光路系统几何偏差△A(△x,△y)，并通过控制单元实时矫正光路部件，以保证加工零件的几何精度；S5、再次利用系统进行检测，证实几何精度偏差得到纠正，形成闭环控制。本发明可以实时在线准确的矫正光路系统的几何精度。

技术领域

本发明专利涉及金属3D打印、SLM工艺及设备，具体涉及一种扫描精度在线监控系统及方法。

背景技术

SLM(激光选区熔化)是一种利用光学透镜和光学反射镜把激光光束调整、汇聚到粉末床预定位置，将金属粉末熔化成实体，逐层堆积，并最终形成零件的加工办法。在加工过程中，光学透镜和光学反射镜将不可避免的受到激光光束的加热，并产生变形。

变形后，激光光束的折射及反射路径也会发生变化，最终汇聚到粉平面时，位置与设想就会产生偏差，加工成型的零件的尺寸就会发生相应的改变。这对于以加工精度高、零件形状复杂为最大优势的SLM工艺，是巨大的影响。

光学镜片的受热变形，受到加工时间、零件尺寸、激光功率、设备其他部件状态、环境温度等诸多不可控因素共同制约，无法做到提前预测及矫正。

目前SLM工艺中使用到的几何精度矫正方法，包括以下几种：

离线几何精度矫正：在设备非加工时间，使用扫描标准图形的方法，测量误差，并矫正光学部件的几何精度。

旁轴在线几何精度在线矫正：在设备的其他部位加装高速相机，逐层拍摄零件截面，并进行几何矫正。

现有的SLM工艺几何精度矫正方法中，离线几何精度矫正只能确保设备在非工作状态下，即光路系统在室温条件下时的几何精度，对于因设备运行，光学部件受热变形引起的几何误差没有矫正手段。旁轴在线几何精度在线矫正，需要在设备内加装多个相机，且每加工一层后对零件截面进行拍照，图像信息精度受到材料种类、零件形状复杂程度的影响，矫正效果有限。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种扫描精度在线监控系统及方法，针对现存矫正手段的缺陷，设计了同轴光路几何在线矫正的方法，可以实时在线准确的矫正光路系统的几何精度。

具体地，本发明提供一种扫描精度在线监控方法，其包括以下步骤：

S1、采集烧结所产生的可见光信号形成光斑原始图像，并对光斑图像进行处理获得激光光斑可计算图像信息；

S2、计算出光斑所在位置的极坐标值A(ρ,θ)；

S3、将光斑的极坐标值A(ρ,θ)转化为2维笛卡尔坐标系坐标A(x,y)；

x＝ρ·cosθ；

y＝ρ·sinθ；

S4、将计算得到坐标值A(x,y)与当前扫描设定位置A’(x’,y’)做比较，实时得到当前光路系统几何偏差△A(△x,△y)，并通过控制单元实时矫正光路部件，以保证加工零件的几何精度；

其中△x＝x’-x；

△y＝y’-y；

S5、再次利用系统进行检测，重复步骤S1-S4，证实几何精度偏差得到纠正，形成闭环控制。

优选地，步骤S1的图像处理包括降噪、调整亮度、清除激光输出功率的影响、清除扫描方向的影响以及清除保护气流的影响。

优选地，图像处理具体包括以下步骤：