本發(fā)明的是檢驗(yàn)通過增材制造來制造的部件的合規(guī)性。本發(fā)明涉及一種用于對(duì)通過增材制造機(jī)器制造的至少一個(gè)部件進(jìn)行尺寸檢查的方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造是一種加工技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠制造具有復(fù)雜形狀的對(duì)象。這種技術(shù)被用于航空航天工業(yè)等，例如，以制造用于氣體分配器的冷卻回路、葉片中的空氣回路或燃料塊中的燃料回路。

2、增材制造的原理是通過一種或多種材料的連續(xù)增加(也稱為道次(pass))來生產(chǎn)對(duì)象，并將每一道次的材料與先前道次的材料組裝在一起。增材制造機(jī)器依賴于不同的沉積和組裝技術(shù)。例如，一些機(jī)器利用使用激光束來熔化和冷卻材料(通常是粉末形式)的原理。其它機(jī)器可以基于材料的燒結(jié)或聚合。

3、增材制造技術(shù)的缺點(diǎn)是，通常情況，部件在制造期間是不可接觸的，例如不可接觸以進(jìn)行檢查從而檢驗(yàn)制造的合規(guī)性。事實(shí)上，對(duì)機(jī)器內(nèi)部的接觸受到機(jī)器的緊湊性以及正被制造的一個(gè)或多個(gè)部件的整體尺寸的限制。此外，出于安全、設(shè)備易損性和確保制造質(zhì)量的原因，增材制造隔間(booth)內(nèi)的氣氛為高度受控和密封的。

4、本文中，對(duì)于基于粉末金屬激光熔化技術(shù)的機(jī)器，隔間氣氛包括氣體(有時(shí)是有毒氣體)以及金屬粉末的揮發(fā)性殘留物的混合物，這對(duì)使用者來說意味著不可忽視的健康風(fēng)險(xiǎn)，特別是在吸入的情況下。此外，這類技術(shù)要求粉末材料盡可能不含寄生顆粒，這在如果隔間在整個(gè)制造過程中沒有氣密密封的情況下是不可能的。如果是這種情況，所制造的部件的質(zhì)量將嚴(yán)重下降，它們將變得易碎，甚至不合規(guī)。最后，機(jī)器的諸如噴嘴和激光等設(shè)備的易損性與制造過程期間用于檢查目的的處理不兼容。事實(shí)上，這些機(jī)器的緊湊性使得在不損害該設(shè)備的設(shè)置或正常操作的情況下進(jìn)行檢查是困難的。

5、因此，在實(shí)踐中不能評(píng)估正被制造的機(jī)械部件的合規(guī)性和制造質(zhì)量。

6、然而，真正令人感興趣的是在正在制造時(shí)檢查部件的質(zhì)量和完整性。事實(shí)上，盡管增材制造技術(shù)已經(jīng)被很好地掌握，但與符合規(guī)范的最終部件的合規(guī)性相關(guān)的不確定性仍然存在。與任何制造過程一樣，這些不確定性可能存在于制造過程、所選粉末的質(zhì)量或與環(huán)境有關(guān)的硬件或軟件風(fēng)險(xiǎn)中。能夠在制造期間檢查部件的完整性和質(zhì)量將使不合規(guī)性能夠在早期階段被檢測(cè)到，而不是在部件已經(jīng)被完全制造之后才能檢測(cè)。然后，可以修改制造過程，以防止部件變得不合規(guī)。

7、對(duì)于具有復(fù)雜內(nèi)部幾何形狀的部件的制造、尤其是葉片的情況下空腔或凹部的制造，這種對(duì)過程中檢查的興趣更加明顯。事實(shí)上，這些內(nèi)部幾何形狀受到嚴(yán)格的幾何限制，以便最終組裝在合適的機(jī)器上，并正確地履行其功能。在葉片的情況下，這些部件必須符合最大總體尺寸限制，以便組裝在飛行器上。此外，這些葉片的功能是使非常受控的氣流循環(huán)，以便為飛行器的一個(gè)或多個(gè)部件進(jìn)行除冰。如果這種葉片的內(nèi)部幾何形狀不符合規(guī)范，則氣流可能會(huì)受到太大的損害，并且這種流體的除冰功能將無法實(shí)現(xiàn)或?qū)o法正確實(shí)現(xiàn)。

8、從現(xiàn)有技術(shù)中已知了非破壞性體積檢查方法，諸如超聲成像、紅外照相、x射線照相、x射線斷層成像、熱成像等。這些方法用于評(píng)估部件在由增材制造機(jī)器制造后的合規(guī)性。然而，這些方法需要專用設(shè)備，這些專用設(shè)備應(yīng)該放置在離部件足夠近的地方，以便進(jìn)行檢查，以可靠地評(píng)估部件的內(nèi)部健康狀態(tài)，而這并不總是與所制造的部件的外部幾何形狀兼容。此外，這些常規(guī)已知的檢查被證明對(duì)于通常大于50mm的大的材料厚度(或者如果材料的機(jī)械性能復(fù)雜并且不利于非破壞性檢查，則該材料厚度甚至更小)是不可靠的。

9、此外，有些方法很難在部件的大規(guī)模生產(chǎn)范圍內(nèi)應(yīng)用，因?yàn)樗鼈冃枰笮驮O(shè)備，這種大型設(shè)備一次只能評(píng)估一個(gè)部件的合規(guī)性，而且往往非常昂貴。此外，在某些情況下，檢查機(jī)器不能檢查整個(gè)部件和/或不能用于檢查尺寸超過一些閾值的部件。一種這樣的方法例如為紅外斷層成像。

10、破壞性檢查方法(諸如切剖(dissection))也是已知的。這些方法允許直接檢查部件的內(nèi)部合規(guī)性，這損害了其將來的使用，因?yàn)椴考o法使用或被毀壞。因此，在使用增材制造的部件的大規(guī)模生產(chǎn)范圍內(nèi)不考慮這種類型的檢查。

11、因此，需要一種用于在正在使用增材制造技術(shù)制造時(shí)檢查部件的合規(guī)性的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是通過提供一種可以在部件制造過程期間實(shí)施的用于對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行尺寸檢查的方法來解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

2、本發(fā)明的第一方面涉及一種用于對(duì)通過增材制造機(jī)器制造的至少一個(gè)部件進(jìn)行尺寸檢查的方法，通過粉末床的連續(xù)沉積并在每次沉積之后熔化該粉末床來執(zhí)行增材制造，該方法包括以下步驟：

3、-在至少一個(gè)沉積并熔化粉末床的步驟之后獲取正被制造的部件的圖像；

4、-將該圖像與參考模板的圖像進(jìn)行比較；

5、-基于該比較來檢驗(yàn)該部件的尺寸合規(guī)性。

6、“尺寸合規(guī)性”是指機(jī)械部件的內(nèi)部幾何形狀和/或外部幾何形狀相對(duì)于該部件的制造和使用規(guī)范的合規(guī)性。

7、根據(jù)該第一方面，通過在熔化每一道次的沉積到粉末床上的粉末之后獲取圖像，可以在通過增材制造來制造部件期間的任何時(shí)間評(píng)估部件的幾何合規(guī)性。這使得能夠在早期階段預(yù)測(cè)或檢測(cè)正被制造的部件的任何內(nèi)部或外部的尺寸不合規(guī)性。

8、這種類型的檢查的優(yōu)點(diǎn)在于，一方面，當(dāng)在制造部件期間部件被檢驗(yàn)為不再具有合規(guī)性時(shí)，可以停止該部件的制造，另一方面，如果預(yù)測(cè)到不合規(guī)性，則可以修改部件的制造過程，以確保部件在其整個(gè)制造過程中的合規(guī)性。因此，該方法能夠減少由于制造出不合規(guī)部件而損失的材料量。

9、此外，該方法實(shí)施起來很簡單，并且所需要的獲取和處理設(shè)備很少。

10、有利的是，該方法不限于基于熔化粉末床的增材制造技術(shù)，而是也可以應(yīng)用于其它類型的增材制造技術(shù)。

11、根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法還可以具有下文中的一個(gè)或多個(gè)特征，這些特征可以單獨(dú)或根據(jù)任何技術(shù)上可能的組合來采用。

12、在一個(gè)實(shí)施例中，獲取步驟通過布置在該機(jī)器內(nèi)的金屬氧化物半導(dǎo)體(metaloxide?semiconductor，cmos)傳感器攝像頭或電荷耦合器件(charge-coupled?device，ccd)傳感器攝像頭來執(zhí)行。

13、通過該實(shí)施例，該方法需要最少的、節(jié)省空間的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，所使用的攝像頭是cmos攝像頭，因?yàn)閏mos攝像頭提供比ccd攝像頭更好的圖像對(duì)比度。

14、在一個(gè)實(shí)施例中，所獲取的每個(gè)圖像包括正被制造的部件的內(nèi)輪廓和/或外輪廓，該內(nèi)輪廓界定該圖像中該部件的內(nèi)部空間的周邊(périmètre)，并且該外輪廓界定該圖像中該部件的外周邊。

15、在一個(gè)實(shí)施例中，參考模板包括至少一個(gè)參考部件的至少一組圖像，并且在以下步驟之后獲得：

16、-在制造參考部件時(shí)，在每個(gè)沉積并熔化粉末床的步驟之后獲取圖像的步驟；

17、-在制造參考部件之后測(cè)量參考部件的尺寸的步驟；

18、-通過將部件的尺寸與由規(guī)范提供的尺寸進(jìn)行比較來檢驗(yàn)參考部件的合規(guī)性的步驟；

19、該模板包括被檢驗(yàn)為具有合規(guī)性的參考部件的所獲取的一組圖像。

20、通過該實(shí)施例，用于在正在制造時(shí)檢驗(yàn)部件的尺寸合規(guī)性的參考模板代表了通過增材制造的合規(guī)性部件的制造。實(shí)際上，該模板從在制造后被檢驗(yàn)為具有合規(guī)性的至少一個(gè)參考部件獲得。根據(jù)部件的規(guī)范來檢驗(yàn)該合規(guī)性，該規(guī)范規(guī)定了最終部件的內(nèi)部尺寸和外部尺寸等。因此，由于最終部件被檢驗(yàn)為具有合規(guī)性，所以在其整個(gè)制造過程中獲取的圖像代表了合規(guī)性部件的制造。因此，包含所有這些圖像的參考模板代表了通過增材制造的合規(guī)性部件的制造。

21、有利的是，模板能夠考慮到與激光的熔化作用相關(guān)聯(lián)的材料的膨脹和收縮現(xiàn)象。實(shí)際上，模板包括“熱獲取”圖像(即，在參考部件的制造期間，因此在部件經(jīng)受膨脹時(shí))，而對(duì)參考部件的合規(guī)性進(jìn)行“冷”驗(yàn)證(即，一旦部件已經(jīng)被制造，即當(dāng)部件的材料已經(jīng)收縮時(shí))。因此，該模板為增材制造過程提供了部件合規(guī)性的穩(wěn)健檢驗(yàn)。

22、在一個(gè)實(shí)施例中，通過x射線或切剖來實(shí)現(xiàn)在制造參考部件之后測(cè)量參考部件的尺寸。

23、在一個(gè)實(shí)施例中，參考模板從多個(gè)參考部件獲得，被檢驗(yàn)為符合規(guī)范的每個(gè)參考部件與該部件的所獲取的一組圖像相關(guān)聯(lián)，該參考模板包括所獲取的多組圖像。

24、通過該實(shí)施例，通過對(duì)多個(gè)部件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究來獲得參考模板。這使得模板更穩(wěn)健地在制造期間檢驗(yàn)部件的合規(guī)性。

25、在一個(gè)實(shí)施例中，該參考模板從至少兩個(gè)參考部件獲得以對(duì)應(yīng)于分別獲取的第一組圖像和第二組圖像，該第一組圖像中的所獲取的圖像包括最小內(nèi)輪廓和/或最小外輪廓，并且該第二組圖像中的所獲取的圖像包括最大內(nèi)輪廓和/或最大外輪廓。

26、通過該實(shí)施例，該方法使得能夠在模板中定義部件輪廓的內(nèi)部和/或外部幾何限制，特別是與內(nèi)部空腔有關(guān)的內(nèi)部和/或外部幾何限制，在該內(nèi)部空腔上確立了部件的尺寸合規(guī)性。因此，該模板是一種容易使用的檢驗(yàn)合規(guī)性的工具。

27、在一個(gè)實(shí)施例中，參考模板從每個(gè)參考部件的多組圖像的輪廓之間的平均值獲得。

28、在一個(gè)實(shí)施例中，參考模板包括至少一個(gè)參考部件的至少一組圖像，并且該方法還包括在每個(gè)圖像獲取步驟之后將參考模板的圖像疊加在所獲取的圖像上的步驟。

29、通過該實(shí)施例，快速且容易實(shí)施使用模板檢驗(yàn)部件的合規(guī)性。

30、在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括：在正被制造的部件不具有尺寸合規(guī)性的情況下，停止制造和/或修改增材制造機(jī)器的參數(shù)的步驟。

31、通過該實(shí)施例，可以停止制造不合規(guī)部件，并且由于不合規(guī)部件將在制造之后被報(bào)廢，因此不再使用更多材料來制造該不合規(guī)部件。這也使得能夠縮短部件生產(chǎn)時(shí)間，尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下。

32、此外，該實(shí)施例使得能夠糾正預(yù)期的部件不合規(guī)。實(shí)際上，由于通過所有熱獲取的圖像已知了一個(gè)或多個(gè)參考部件的制造歷史，因此可以在制造期間檢測(cè)相對(duì)于參考部件的該制造歷史的偏差。這使得能夠在制造期間即時(shí)(on?the?fly)修改增材制造機(jī)器的操作，以防止部件的任何不合規(guī)。

33、因此，該實(shí)施例使得能夠減少所制造的不合規(guī)部件的數(shù)量，并減少由于制造最終將是不合規(guī)的部件而損失的材料量。

34、本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種包括指令的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行該程序時(shí)，這些指令使其實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟。

35、本發(fā)明的最后一個(gè)方面涉及一種計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)包括指令，當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行該指令時(shí)，這些指令使其實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟。

36、通過閱讀以下描述并查閱附圖，將更好地理解本發(fā)明及其不同的應(yīng)用。