一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统及方法
技术领域
1.本发明涉及增材制造的技术领域，特别涉及一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统及方法。
背景技术：2.材制造是以数字化模型为基础，将材料以逐层堆积的方式制造出实体物品的新兴制造技术，不需要进行减材制造的流程规划，很大程度上简化了生产复杂零件的流程。增材制造成形材料包含了金属、非金属、复合材料、生物材料甚至是生命材料，成形工艺能量源包括激光、电子束、特殊波长光源、电弧以及以上能量源的组合，成形尺寸从微纳米元器件到10m以上大型航空结构件，为现代制造业的发展以及传统制造业的转型升级提供了巨大契机。增材制造最具代表性的技术便是slm(选择性激光熔化)技术，是目前金属3d打印成型中应用最广泛的技术之一，采用精细聚焦光斑快速熔化预置金属粉末，直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的零件，得到的制作致密度可达99％以上，为医学、汽车制造、航空航天、工具生产等行业的兴起与发展开辟了巨大空间。
3.在进行选择性激光熔化和材料成型的过程中，温度是对成件影响很大的物理量。slm成型过程温度可达到几百上千度，温度变化较大，容易产生热应变、热应力，致使slm成型件内部存在残余应力，除此之外温度梯度大，也会导致成型件发生裂纹，翘曲，脱层等问题。因此对于熔池温度的监测是在整个slm的监测工作中的一个十分重要的部分。现阶段熔池测温的方法有很多，如ccd测温法，热成像测温法以及比色测温法等等，他们在响应速度不能够满足场景需求，比色测温法测量的温度还不是实际温度。
4.专利申请号为cn202210051085.0的发明“一种多能束选区激光熔化装置及增材方法”中公开了一种多能束选区激光熔化装置及增材方法，其测温模块是由红外线测温仪随着主激光光斑同步移动的测温方式，其方式测温范围小，并且装置复杂，不宜应用于其他slm选区熔化装置。
技术实现要素：5.针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统及方法，测温范围大，并易集成在其他装置中，解决现有的选区激光熔化技术工艺稳定性不足的问题。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统，包括：
6.加工室厢体，所述加工室厢体内部相对设置有左粉仓与右粉仓，左粉仓与右粉仓之间设置有成型仓，左粉仓与右粉仓内均设置有粉仓平台，成型仓内设置有基板，粉仓平台与基板撒上均固接有活塞杆，活塞杆用于带动粉仓平台与基板沿竖直方向移动；
7.右粉仓上设置有铺粉刮板，所述铺粉刮板一侧设置有溢粉槽；
8.加工室厢体的内壁上设置有多个光电传感器支架，所述光电传感器支架端部固接有电传感器滑轨，所述电传感器滑轨上滑动设置有多个滑块，每个滑块上固接有光电传感
器。
9.优选的，加工室厢体外设置有激光器，基板的正上方设置有扫描振镜，激光器通过合束器，扩束器，f-θ透镜和扫描振镜将激光打到基板上面的工作区内，对粉末进行加工成型。
10.优选的，还包括熔池温度状态检测组件，所述熔池温度状态检测组件包括电传感器滑轨、光电传感器、设置于电传感器滑轨侧面上的数据采集卡及计算机，数据采集卡通过采集光电传感器电压信息然后发送到计算机。
11.优选的，加工室厢体的侧面上开设有多个通气口。
12.应用于一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统的检测方法，包括以下步骤：
13.s1、接通电源，通过通气口向加工室厢体通入保护气体；
14.s2、调整工艺参数，启动slm；
15.s3、光电传感器对熔池辐射辐射温度检测，计算机实时记录温度并显示变化曲线；
16.s4、在计算机上对温度信号进行处理；
17.s5、根据温度处理的结果，判断温度的准确性并给出反馈。
18.优选的，步骤s2中，铺粉刮板将左粉仓与右粉仓内的粉料刮到基板上，完成一次铺粉，激光器通过扫描振镜作用成型后，成型仓内活塞下降一个粉层厚度，进行二次铺粉，循环往复至成型完成。
19.优选的，步骤s5中，若判断熔池温度正常，继续加工至整个成型件完成，并根据反馈信号进行质量评估；若判断熔池温度差距明显，则根据模糊控制器反馈输出进行工艺调节。
20.优选的，步骤s4中，采用模糊控制的方法对温度进行闭环控制，包括以下步骤：
21.s41、根据光电传感器测量的温度值，求出其与设定值的偏差；
22.s42、将偏差的精确值变为模糊量；
23.s43、根据模糊量及模糊规则，按模糊推理合成规则计算控制量；
24.s44、由上述得到的控制量计算精确的控制量。
25.本发明与现有技术相比，其有益效果是：
26.(1)本发明将激光选区制造与检测技术相结合，可以在线观察温度变化，且采用旁轴的检测方法，结构简单，方便使用。
27.(2)本发明对激光选区制造熔池温度检测采用光电二极管的检测方法，响应速度快，更适用于温度的实时监测，基于qt制作温度监控界面，显示温度曲线，更好的显示了温度变化的情况，便于发现熔池温度缺陷问题。
28.(3)本发明采用模糊检测的控制方法，对温度进行了闭环控制，不断调整工艺参数，有效解决了质量问题。
29.(4)本发明对熔池温度的检测采用了分区检测的方法，提高了检测温度的准确性，有效解决了工艺稳定性不足的问题。
30.(5)本发明通过数据采集卡采集并传输数据，提高了数据传输的速度和稳定性。
附图说明
31.图1为根据本发明的高精度slm熔池温度状态在线检测系统及方法的工艺流程图；
32.图2为根据本发明的高精度slm熔池温度状态在线检测系统及方法的超材料芯片的三维结构示意图；
33.图3为根据本发明的高精度slm熔池温度状态在线检测系统及方法的俯视图；
34.图4为根据本发明的高精度slm熔池温度状态在线检测系统及方法的熔池状态检测结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.参照图1-4，一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统，包括：
37.加工室厢体10，所述加工室厢体10内部相对设置有左粉仓12与右粉仓16，左粉仓12与右粉仓16之间设置有成型仓15，左粉仓12与右粉仓16内均设置有粉仓平台13，成型仓15内设置有基板14，粉仓平台13与基板14撒上均固接有活塞杆17，活塞杆17用于带动粉仓平台13与基板14沿竖直方向移动；
38.右粉仓16上设置有铺粉刮板19，所述铺粉刮板19一侧设置有溢粉槽11；
39.加工室厢体10的内壁上设置有多个光电传感器支架8，所述光电传感器支架8端部固接有电传感器滑轨9，所述电传感器滑轨9上滑动设置有多个滑块20，每个滑块20上固接有光电传感器22，光电传感器支架8上设置有接线盒7。
40.进一步的，加工室厢体10外设置有激光器1，基板14的正上方设置有扫描振镜5，激光器1通过合束器2，扩束器3，f-θ透镜4和扫描振镜5将激光打到基板14上面的工作区内，对粉末进行加工成型。
41.进一步的，还包括熔池温度状态检测组件，所述熔池温度状态检测组件包括电传感器滑轨9、光电传感器22、设置于电传感器滑轨9侧面上的数据采集卡6及计算机21，数据采集卡6通过采集光电传感器22电压信息然后发送到计算机21，实现旁轴在线监测。光电传感器22将光信号转化为电信号，电压信号又表示熔池辐射状态，从而显示温度信息。在计算机21上对温度信息进行处理，检测温度问题。
42.进一步的，加工室厢体10的侧面上开设有多个通气口18。
43.应用于一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统的检测方法，包括以下步骤：
44.s1、接通电源，通过通气口18向加工室厢体10通入保护气体；
45.s2、调整工艺参数，启动slm；
46.s3、光电传感器22对熔池辐射辐射温度检测，计算机21实时记录温度并显示变化曲线，熔池产生光信号，光电传感器22将光信号转换成电信号，并将电信号通过数据采集卡6实时传送给计算机21，转换成熔池温度显示曲线；
47.s4、在计算机21上对温度信号进行处理；
48.s5、根据温度处理的结果，判断温度的准确性并给出反馈，若判断熔池温度正常，继续加工至整个成型件完成，并根据反馈信号进行质量评估；若判断熔池温度差距明显，则根据模糊控制器反馈输出进行工艺调节。
49.进一步的，步骤s2中，铺粉刮板19将左粉仓12与右粉仓16内的粉料刮到基板14上，完成一次铺粉，激光器1通过扫描振镜5作用成型后，成型仓15内活塞17下降一个粉层厚度，进行二次铺粉，循环往复至成型完成。
50.进一步的，步骤s4中，采用模糊控制的方法对温度进行闭环控制，包括以下步骤：
51.s41、根据光电传感器22测量的温度值，求出其与设定值的偏差；
52.s42、将偏差的精确值变为模糊量；
53.s43、根据模糊量及模糊规则，按模糊推理合成规则计算控制量；
54.s44、由上述得到的控制量计算精确的控制量。
55.采用上述熔池温度监控装置，结合光电传感器，数据采集卡等，实时采集温度信息，计算机端通过分析温度数据，采用模糊控制的方法实时调整工艺参数，可有效避免质量缺陷等问题。光电传感器采用分区的方式，将工作区等分，提高了温度的检测精度，有效解决激光熔化工艺稳定性不足的问题。
56.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
57.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
技术特征：1.一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统，其特征在于，包括：加工室厢体(10)，所述加工室厢体(10)内部相对设置有左粉仓(12)与右粉仓(16)，左粉仓(12)与右粉仓(16)之间设置有成型仓(15)，左粉仓(12)与右粉仓(16)内均设置有粉仓平台(13)，成型仓(15)内设置有基板(14)，粉仓平台(13)与基板(14)撒上均固接有活塞杆(17)，活塞杆(17)用于带动粉仓平台(13)与基板(14)沿竖直方向移动；右粉仓(16)上设置有铺粉刮板(19)，所述铺粉刮板(19)一侧设置有溢粉槽(11)；加工室厢体(10)的内壁上设置有多个光电传感器支架(8)，所述光电传感器支架(8)端部固接有电传感器滑轨(9)，所述电传感器滑轨(9)上滑动设置有多个滑块(20)，每个滑块(20)上固接有光电传感器(22)。2.如权利要求1所述的一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统，其特征在于，加工室厢体(10)外设置有激光器(1)，基板(14)的正上方设置有扫描振镜(5)，激光器(1)通过合束器(2)，扩束器(3)，f-θ透镜(4)和扫描振镜(5)将激光打到基板(14)上面的工作区内，对粉末进行加工成型。3.如权利要求2所述的一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统，其特征在于，还包括熔池温度状态检测组件，所述熔池温度状态检测组件包括电传感器滑轨(9)、光电传感器(22)、设置于电传感器滑轨(9)侧面上的数据采集卡(6)及计算机(21)，数据采集卡(6)通过采集光电传感器(22)电压信息然后发送到计算机(21)。4.如权利要求3所述的一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统，其特征在于，加工室厢体(10)的侧面上开设有多个通气口(18)。5.应用于权利要求4所述的一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、接通电源，通过通气口(18)向加工室厢体(10)通入保护气体；s2、调整工艺参数，启动slm；s3、光电传感器(22)对熔池辐射辐射温度检测，计算机(21)实时记录温度并显示变化曲线；s4、在计算机(21)上对温度信号进行处理；s5、根据温度处理的结果，判断温度的准确性并给出反馈。6.如权利要求5所述的一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统的检测方法，其特征在于，步骤s2中，铺粉刮板(19)将左粉仓(12)与右粉仓(16)内的粉料刮到基板(14)上，完成一次铺粉，激光器(1)通过扫描振镜(5)作用成型后，成型仓(15)内活塞(17)下降一个粉层厚度，进行二次铺粉，循环往复至成型完成。7.如权利要求5所述的一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统的检测方法，其特征在于，步骤s5中，若判断熔池温度正常，继续加工至整个成型件完成，并根据反馈信号进行质量评估；若判断熔池温度差距明显，则根据模糊控制器反馈输出进行工艺调节。8.如权利要求5所述的一种高精度slm熔池温度状态在线检测系统的检测方法，其特征在于，步骤s4中，采用模糊控制的方法对温度进行闭环控制，包括以下步骤：s41、根据光电传感器(22)测量的温度值，求出其与设定值的偏差；s42、将偏差的精确值变为模糊量；s43、根据模糊量及模糊规则，按模糊推理合成规则计算控制量；
s44、由上述得到的控制量计算精确的控制量。
技术总结本发明公开了一种高精度SLM熔池温度状态在线检测系统及方法，包括：加工室厢体，所述加工室厢体内部相对设置有左粉仓与右粉仓，左粉仓与右粉仓之间设置有成型仓，左粉仓与右粉仓内均设置有粉仓平台，成型仓内设置有基板，粉仓平台与基板撒上均固接有活塞杆，活塞杆用于带动粉仓平台与基板沿竖直方向移动；右粉仓上设置有铺粉刮板，所述铺粉刮板一侧设置有溢粉槽；加工室厢体的内壁上设置有多个光电传感器支架，所述光电传感器支架端部固接有电传感器滑轨，所述电传感器滑轨上滑动设置有多个滑块，每个滑块上固接有光电传感器。根据本发明，测温范围大，并易集成在其他装置中，解决现有的选区激光熔化技术工艺稳定性不足的问题。的选区激光熔化技术工艺稳定性不足的问题。的选区激光熔化技术工艺稳定性不足的问题。
技术研发人员：张浩东 胡肇炜 谢文满 李运达 赵忠贤 赵远涛
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
