[发明专利]一种SLM铺粉过程缺陷识别与熔池状态实时监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种SLM铺粉过程的缺陷识别与熔池状态监测装置，属于SLM增材制造技术领域。加工室上设置有铺粉监测部分和熔池监测部分，铺粉监测部分的工业相机与计算机连接，熔池监测部分的光电传感器和高速摄像机的一端分别与分光镜的一支路连接，光电传感器和高速摄像机的另一端均与计算机连接，分光镜位于扫描振镜和扩束器之间。本发明采用上述SLM铺粉过程的缺陷识别与熔池状态监测装置及方法，结合工业相机、高速摄像机、光电传感器进行过程监控，实时获取加工过程的状态数据；从监测数据中提取特征，识别缺陷及加工状态，从而及时调整工艺参数避免出现质量缺陷，可有效解决选区激光熔化工艺的稳定性和可重复性不足的问题。

技术领域

本发明涉及SLM增材制造技术领域，尤其是涉及一种SLM铺粉过程缺陷识别与熔池状态实时监测装置及方法。

背景技术

激光选区熔化技术(SLM)的制造过程包括铺粉过程、熔融过程，是目前在金属增材制造领域中发展迅速的先进制造技术，已经在航空航天、汽车制造、生物医疗等行业获得广泛应用。该技术能够直接制造出复杂的形状和轻量化结构，这些都是传统制造工艺不具备的。但是选区激光熔化技术的可重复性不足和稳定性差的缺点阻碍了该技术的进一步的发展应用，如何提高制造零件的稳定性和质量一直是该领域的热点研究问题。

过程监测技术是实现增材制造产品快速检测的关键。此外，过程监控可以尽早地识别缺陷，从而减少废品率和后处理工序、缩短研制周期，还为提供全程可溯的加工信息创造了可能。采用合适的传感器收集SLM过程信号，实时获取加工过程的状态数据；再次，从监测数据中提取特征，识别缺陷及加工状态，从而及时调整工艺参数避免出现质量缺陷，可有效克服选区激光熔化工艺的稳定性和可重复性不足的问题。因此，如何提供一种SLM铺粉过程缺陷识别与熔池状态实时监测的装置与方法是本领域人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种SLM铺粉过程的缺陷识别与熔池状态监测装置，解决现有的选区激光熔化技术可重复性不足和稳定性差的问题。本发明的另一个目的是提供一种SLM铺粉过程的缺陷识别与熔池状态监测装置的监测方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种SLM铺粉过程的缺陷识别与熔池状态监测装置，包括加工室，加工室的内部设置有基板，基板的下方设置有成型仓，成型仓的内部设置有活塞，基板上设置有铺粉刮板，所述加工室的外部设置有激光器，成型仓的上方设置有扫描振镜，激光器与扫描振镜之间设置有合束器和扩束器，激光器的激光通过合束器、扩束器和扫描振镜投射在基板上；加工室上设置有铺粉监测部分和熔池监测部分，铺粉监测部分包括工业相机和计算机，工业相机朝向成型仓，工业相机与计算机连接；熔池监测部分包括光电传感器和高速摄像机，光电传感器和高速摄像机的一端分别与分光镜的一支路连接，光电传感器和高速摄像机的另一端均与计算机连接，分光镜位于扫描振镜和扩束器之间。

优选的，所述基板的两端分别设置有左储粉室和右储粉室。

优选的，所述加工室的外部设置有除尘器，除尘器与加工室的内部连通。

优选的，所述加工室的外部设置有气罐，气罐与加工室的内部连通，气罐向加工室的内部充入保护气体。

优选的，所述激光器与合束器之间通过光纤连接。

优选的，所述加工室的上方设置有透镜，工业相机位于透镜的正上方。

上述SLM铺粉过程的缺陷识别与熔池状态监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1、接通电源，通入保护气体；

S2、输入工艺参数，启动SLM；

S3、工业相机对铺粉过程进行监测，工业相机通过透镜直接对铺粉前后进行拍摄记录，并将拍摄的图像发送给计算机，实现旁轴监测；