[发明专利]一种基于特征光谱的针对金属粉末氧含量检测的3D打印设备及其检测方法

权利要求书

1.一种基于特征光谱的针对金属粉末氧含量检测的3D打印设备，其特征在于，包括工控机（2）、激光发射器（3）、铺粉系统、光路系统以及光电检测系统（15）；光电检测系统（15）包括窄带滤光片、光电检测电路模块、数据采集与处理模块以及通信模块；工控机（2）的控制输出端与激光发射器（3）的发射控制端电连接；激光发射器（3）用于为光路系统提供激光输入；铺粉系统用于实现金属粉末（11）的均匀铺设；光路系统用于接收激光输入并为铺粉系统提供汇聚激光，对铺设的金属粉末（11）进行烧灼；窄带滤光片用于从光路系统中分离出选定波长的熔池辐射光；光电检测电路模块与窄带滤光片相对接，用于对窄带滤光片分离出的熔池辐射光进行光电感应；数据采集与处理模块与光电检测电路模块电连接，用于对光电感应获得的熔池辐射光电信号进行采集和处理，获得表征熔池辐射光谱信息的数字信号；通信模块与数据采集与处理模块电连接，用于将表征熔池辐射光谱信息的数字信号发送至工控机（2），并由工控机（2）根据表征熔池辐射光谱信息的数字信号控制激光发射器（3）、铺粉系统以及光路系统的启停工作。

2.根据权利要求1所述的基于特征光谱的针对金属粉末氧含量检测的3D打印设备，其特征在于，所述光路系统包括扩束器（5）、振镜系统（4）、F-θ场镜（19）以及同轴分光镜（6）；其中扩束器（5）的一端通过光纤（17）与激光发射器（3）进行连接，用于接收激光输入；扩束器（5）的另一端与振镜系统（4）相对接，用于对接收的激光输入进行扩束；F-θ场镜（19）与振镜系统（4）相对接，通过F-θ场镜（19）发射出振镜系统（4）的汇聚激光；同轴分光镜（6）与振镜系统（4）相对接，用于将熔池辐射光与反射的激光进行分离，得到单独的熔池辐射光；窄带滤光片与同轴分光镜（6）相对接。

3.根据权利要求2所述的基于特征光谱的针对金属粉末氧含量检测的3D打印设备，其特征在于，铺粉系统包括成型加工箱（1）、供粉缸（10）、成型缸（13）、铺粉刮刀（9）、成型基板（12）以及回收缸（14）；其中供粉缸（10）、成型缸（13）以及回收缸（14）自左向右依次设置于成型加工箱（1）的底部，供粉缸（10）用于逐层抬升金属粉末（11），成型缸（13）用于逐层降下成型基板（12），回收缸（14）用于回收多余的金属粉末（11）；铺粉刮刀（9）横向滑动式安装在成型加工箱（1）内，用于将抬升的金属粉末（11）刮平铺设在成型基板（12）上，并将多余的金属粉末（11）刮至回收缸（14）中；F-θ场镜（19）位于成型基板（12）的上方。

4.根据权利要求3所述的基于特征光谱的针对金属粉末氧含量检测的3D打印设备，其特征在于，所述铺粉系统还包括一个惰性气体供应器（7），其中初始氧气含量通常不超过0.01%，在打印任务中，利用惰性气体供应器（7）通过气流导管（8）向成型加工箱（1）内充入惰性气体，以保证成型加工箱（1）内氧含量符合工艺及安全要求。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于特征光谱的针对金属粉末氧含量检测的3D打印设备的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，按照光谱测定规则测定各种类型且不同氧含量程度的金属粉末（11）的各个光谱匹配曲线；

步骤2，按照光谱测定规则测定当前待测定金属粉末（11）的光谱实时曲线；

步骤3，将对应类型的金属粉末（11）的光谱实时曲线与各个光谱匹配曲线进行匹配，找到光谱信号均方差值最小的光谱匹配曲线；

步骤4，根据找到的光谱匹配曲线所对应的氧含量程度确定当前待测定金属粉末（11）的氧含量程度，再由工控机（2）控制激光发射器（3）、铺粉系统以及光路系统的启停工作。