一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，包括：步驟1)材料成形；步驟2)：平面探測及信息處理分析；步驟3)：在已檢測的成形材料上繼續(xù)進(jìn)行下一層或多層待檢測材料成形；步驟4)：在步驟3)得到的下一層或多層待檢測成形材料上按上述步驟2)中的操作進(jìn)行成形材料的檢測；步驟5)：重復(fù)上述步驟3)和步驟4)的操作。優(yōu)點(diǎn)：使用方便、檢測可靠，可將復(fù)雜零件的整體檢測離散成易于掃查檢測的二維平面，完全消除檢測盲區(qū)，并能對二維平面上的缺陷進(jìn)行精確定位，及時方便地對缺陷進(jìn)行去除或修補(bǔ)矯正，避免零件整體成形完畢缺陷被檢出后無法去除而報廢的情況發(fā)生，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種基于増材制造加工的在線分層檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及增材制造加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)是指基于離散一堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的科學(xué)技術(shù)體系?；诓煌姆诸愒瓌t和理解方式，增材制造技術(shù)還有快速原形、快速成形、快速制造、3D打印等多種稱謂。增材制造是相對傳統(tǒng)制造業(yè)米用的減材制造而目的，減材制造就是通過模具、車銑等機(jī)械加工方式對原材料進(jìn)行定形、切削、去除，從而最終生產(chǎn)出成品。與減材制造方法正相反，增材制造是采用材料逐漸累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，它將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€二維平面，通過對材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，就好比用磚頭砌墻，逐層增加材料，最終形成物件。增材制造技術(shù)這種材料逐漸累加制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)，是一種“自下而上”的制造方法。增材制造綜合了計(jì)算機(jī)的圖形處理、數(shù)字化信息和控制、激光技術(shù)、機(jī)電技術(shù)和材料技術(shù)等多項(xiàng)高技術(shù)的優(yōu)勢，不需要傳統(tǒng)的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺設(shè)備上可快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)了零件“自由制造”，解決了許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。增材制造能加工的材料種類較多，金屬材料、非金屬材料、生物材料都可以加工，而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其制造速度的作用就越顯著，尤其適合于單件小批量航空航天產(chǎn)品中零部件的制造，具有成本低和效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]但是，金屬增材制造是利用激光、電子束和電弧等熱源將金屬熔化堆積的過程，其工藝本質(zhì)有一定的局限性。一方面采用增材制造成形時，是以液態(tài)金屬熔滴過渡的方式進(jìn)行金屬材料的堆積，難以精確控制熔滴所含金屬材料的能量和數(shù)量;另一方面液態(tài)金屬熔池的存在，難以控制零件幾何精度及零件邊緣形狀。同時，增材制造加工過程是也一個冶金過程，它伴隨著零件內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變、殘余應(yīng)力、變形及加工缺陷等問題的出現(xiàn)，從而會嚴(yán)重影響零件的機(jī)械性能。增材制造發(fā)展初期，是以光固化技術(shù)(SLA)、紙疊層成形(L0M)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、熔絲沉積制造(FDM)、三維打印技術(shù)(3DP)為主要技術(shù)，只能承擔(dān)樹脂、紙類等非金屬及少數(shù)金屬材料的加工。產(chǎn)品也只局限于模形、樣品、母模和功能結(jié)構(gòu)件等類形，產(chǎn)品使用者往往只注重產(chǎn)品的外觀結(jié)構(gòu)，不會在意產(chǎn)品是否存在缺陷。隨著增材制造技術(shù)越來越多地應(yīng)用到金屬加工領(lǐng)域，所加工的金屬工件也從功能結(jié)構(gòu)件向承力結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)變，金屬工件的力學(xué)性能越來越受到重視。然而增材制造中出現(xiàn)的影響零件性能的缺陷問題日益突出，如何發(fā)現(xiàn)缺陷、避免缺陷成為增材制造質(zhì)量控制研究的趨勢。
[0004]目前，金屬增材制造零件的檢測通常采用加工完畢后，對其進(jìn)行X射線探傷、超聲波探傷或者渦流探傷的方法判別工件是否存在缺陷，如果檢測出有問題，輕者需要將問題部分去掉，對該部分重新成形;重者，因無法去除只能報廢，或重新整體增材制造。增材制造相較于傳統(tǒng)加工方法的優(yōu)勢在于加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的昂貴金屬，正是這一優(yōu)勢將在采用完工后整體檢測這種思路上面臨巨大阻礙，一方面增材制造工件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體檢測會遇到檢測盲區(qū)，例如結(jié)構(gòu)重疊射線照不透、超聲波反射面過多、渦流的趨膚效應(yīng)和邊緣效應(yīng)等，造成零件漏檢、誤檢；另一方面，一旦檢測發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部存在缺陷，現(xiàn)有手段對內(nèi)部缺陷定位十分困難，造成無法修補(bǔ)而產(chǎn)生廢品，增材制造的材料貴重且往往無法重復(fù)使用，對加工生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)的檢測方法若檢測出有問題，輕者需要將問題部分去掉，對該部分重新成形；重者，因無法去除只能報廢，或重新整體增材制造的問題，還解決了現(xiàn)有技術(shù)的檢測方法一旦檢測發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部存在缺陷，現(xiàn)有手段對內(nèi)部缺陷定位十分困難，造成無法修補(bǔ)而產(chǎn)生廢品，增材制造的材料貴重且往往無法重復(fù)使用，對加工生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失的冋題。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟I):材料成形，具體為，在設(shè)備內(nèi)加工臺面上進(jìn)行一層或多層待檢測材料的成形；
[0008]步驟2):平面探測及信息處理分析，具體為，將傳感器移動至靠近成形后的待檢測材料上方并在平面內(nèi)進(jìn)行移動掃查，并將探測到的信號同步發(fā)送至檢測設(shè)備中進(jìn)行信號處理，同步，檢測設(shè)備將處理后得到的信息數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺信號分析處理主機(jī)進(jìn)行信號分析、存儲、判別，當(dāng)檢測到成形材料具有缺陷時，則后臺信號分析處理主機(jī)報警；當(dāng)檢測到成形材料無缺陷時，傳感器繼續(xù)移動掃超，待掃查完畢后，移動回位；
[0009]步驟3):在已檢測的成形材料上繼續(xù)進(jìn)行下一層或多層待檢測材料成形；
[0010]步驟4):在步驟3)得到的下一層或多層待檢測成形材料上按上述步驟2)中的操作進(jìn)行成形材料的檢測；
[0011]步驟5):重復(fù)上述步驟3)和步驟4)的操作。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:使用方便、檢測可靠，可將復(fù)雜零件的整體檢測離散成易于掃查檢測的二維平面，完全消除檢測盲區(qū)，并能對二維平面上的缺陷進(jìn)行精確定位，及時方便地對缺陷進(jìn)行去除或修補(bǔ)矯正，避免零件整體成形完畢缺陷被檢出后無法去除而報廢的情況發(fā)生，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0013]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0014]進(jìn)一步，上述傳感器為永磁擾動檢測傳感器或超聲波傳感器或紅外傳感器。
[0015]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是使用比較靈活，可根據(jù)材料特性選擇不同的探測器進(jìn)行使用。
[0016]進(jìn)一步，當(dāng)上述傳感器為永磁擾動檢測傳感器時，上述待檢測的成形材料層數(shù)I為,1 = 1，該層成形材料厚度d為，0mm<d < 4mm。
[0017]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是使得檢測更為準(zhǔn)確。
[0018]進(jìn)一步，當(dāng)上述傳感器為超聲波傳感器時，上述待檢測的成形材料層數(shù)I為，5< I
<20，其成形材料總厚度d為，15_ < d < 60mm。
[0019]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是使得檢測更為準(zhǔn)確。
[0020]進(jìn)一步，當(dāng)上述傳感器為紅外傳感器時，上述待檢測的成形材料層數(shù)I為，I< I <5，其成形材料總厚度d為，0mm<d < 15mm。
[0021]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是使得檢測更為準(zhǔn)確。
[0022]進(jìn)一步，上述步驟2)中的檢測設(shè)備為無損檢測儀。
[0023]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是操作使用比較方便。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025]實(shí)施例:本實(shí)施例的基于增材制造加工的在線分層檢測方法包括以下步驟:
[0026]步驟I):材料成形，具體為，在設(shè)備內(nèi)加工臺面上進(jìn)行一層或多層待檢測材料的成形；
[0027]步驟2):平面探測及信息處理分析，具體為，將傳感器移動至靠近成形后的待檢測材料上方并在平面內(nèi)進(jìn)行移動掃查，并將探測到的信號同步發(fā)送至檢測設(shè)備中依次進(jìn)行放大、濾波等處理，同步，檢測設(shè)備將處理后得到的信息數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺信號分析處理主機(jī)進(jìn)行信號分析、存儲、判別，當(dāng)檢測到成形材料具有缺陷時，則后臺信號分析處理主機(jī)報警;當(dāng)檢測到成形材料無缺陷時，傳感器繼續(xù)移動掃查，待掃查完畢后，移動回位；
[0028]步驟3):在已檢測的成形材料上繼續(xù)進(jìn)行下一層或多層待檢測材料成形；
[0029]步驟4):在步驟3)得到的下一層或多層待檢測成形材料上按上述步驟2)中的操作進(jìn)行成形材料的檢測；
[0030]步驟5):重復(fù)上述步驟3)和步驟4)的操作。
[0031]上述的傳感器安裝在增材制造設(shè)備(如3D打印機(jī))的材料成形噴嘴的驅(qū)動機(jī)構(gòu)上，與噴嘴同步運(yùn)動，驅(qū)動較為方便，在使用噴嘴噴出液體材料成形后，控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動傳感器在靠近成形材料的上方進(jìn)行移動，對材料進(jìn)行探測，其主要針對成形材料的連續(xù)性進(jìn)行探測，如對內(nèi)部或表面的氣孔、裂紋、夾雜物等缺陷進(jìn)行探測，若探測到上述狀況，則就逐層對缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，避免了零件多層加工完成后進(jìn)行檢測無法對缺陷進(jìn)行有限修補(bǔ)的問題發(fā)生。
[0032]上述傳感器為永磁擾動檢測傳感器或超聲波傳感器或紅外傳感器。
[0033]上述傳感器還可選用X光傳感器或其他適于缺陷無損檢測的傳感器。
[0034]進(jìn)一步，當(dāng)上述傳感器為永磁擾動檢測傳感器時，上述待檢測的成形材料層數(shù)I為，1 = 1，該層成形材料厚度d為，0mm<cK 4mm，傳感器探測到的信號發(fā)送給檢測設(shè)備，經(jīng)放大、濾波等處理后將數(shù)據(jù)傳遞給后臺信號分析處理主機(jī)，并在后臺信號分析處理主機(jī)上形成曲線變化圖，根據(jù)曲線峰值大小直觀顯示在成形材料上進(jìn)行平面檢測得狀況。
[0035]進(jìn)一步，當(dāng)上述傳感器為超聲波傳感器時，上述待檢測的成形材料層數(shù)I為，5< I
<20，其成形材料總厚度d為，15mm < d < 60mm，傳感器探測到的信號發(fā)送給檢測設(shè)備，經(jīng)放大、濾波等處理后將信息傳遞給后臺信號分析處理主機(jī)，并在后臺信號分析處理主機(jī)上以圖像形式直接顯示。
[0036]進(jìn)一步，當(dāng)上述傳感器為紅外傳感器時，上述待檢測的成形材料層數(shù)I為，I< I <5，其成形材料總厚度d為，0mm<cK 15mm，傳感器探測到的信號發(fā)送給檢測設(shè)備，經(jīng)放大、濾波等處理后將信息傳遞給后臺信號分析處理主機(jī)，并在后臺信號分析處理主機(jī)上顯示探測到的圖像。
[0037]優(yōu)選的，上述步驟2)中的檢測設(shè)備為無損檢測儀，上述無損檢測儀6根據(jù)增材制造的材料特性、結(jié)構(gòu)尺寸、加工方式等現(xiàn)場因素進(jìn)行選擇其規(guī)格、形號。
[0038]上述的傳感器還可以采用單獨(dú)設(shè)置在增材制造設(shè)備的驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動其移動，更方便控制、操作。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I):材料成形，具體為，在設(shè)備內(nèi)加工臺面上進(jìn)行一層或多層待檢測材料的成形； 步驟2):平面探測及信息處理分析，具體為，將傳感器移動至成形后的待檢測材料上方并在平面內(nèi)進(jìn)行移動掃查，并將探測到的信號同步發(fā)送至檢測設(shè)備中進(jìn)行信號處理，同步，檢測設(shè)備將處理后得到的信息數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺信號分析處理主機(jī)進(jìn)行信號分析、存儲、判別，當(dāng)檢測到成形材料具有缺陷時，則后臺信號分析處理主機(jī)報警；當(dāng)檢測到成形材料無缺陷時，傳感器繼續(xù)移動掃查，待掃查完畢后，移動回位； 步驟3):在已檢測的成形材料上繼續(xù)進(jìn)行下一層或多層待檢測材料成形； 步驟4):在步驟3)得到的下一層或多層待檢測成形材料上按上述步驟2)中的操作進(jìn)行成形材料的檢測； 步驟5):重復(fù)上述步驟3)和步驟4)的操作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，其特征在于:所述傳感器為永磁擾動檢測傳感器或超聲波傳感器或紅外傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，其特征在于:當(dāng)所述傳感器為永磁擾動檢測傳感器時，所述待檢測的成形材料層數(shù)I為，I = I，該層成形材料厚度d為，Omm<d < 4mm。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，其特征在于:當(dāng)所述傳感器為超聲波傳感器時，所述待檢測的成形材料層數(shù)I為，5 < I < 20，其成形材料總厚度d為，15_ < d < 60mm。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，其特征在于:當(dāng)所述傳感器為紅外傳感器時，所述待檢測的成形材料層數(shù)I為，^ I < 5，其成形材料總厚度d為，0mm<d < 1 5mm η6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的一種基于增材制造加工的在線分層檢測方法，其特征在于:所述步驟2)中的檢測設(shè)備為無損檢測儀。
【文檔編號】B22F3/105GK105834423SQ201610316006
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】張海鷗, 劉磊, 王桂蘭
【申請人】武漢天昱智能制造有限公司