详情

原文传递一种金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统及方法

专利名称：	一种金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统及方法
摘要：	本发明属于金属增材在线检测技术领域，特别涉及一种金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统及方法。该系统包括打印系统、水浸超声信号激励及探测系统、运动控制系统、水循环系统。通过水浸式超声在线检测系统与增材制造装备的一体化集成，实现水浸式超声探头对基板下表面的平面扫查，基于打印层反射回波实现增材制造组织及缺陷的在线无损检测。本发明实现了水浸超声波扫描检测和增材制造过程的相互独立作业，避免了相互之间的干扰；实现了自适应工艺调控和缺陷在线修复，有效提高了增材制造零件的质量；同时水浸式超声检测系统稳定性高，可有效抑制增材制造过程中的振动、电磁干扰、粗糙表面等因素对检测结果准确性的影响，检测精度高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东省科学院激光研究所
发明人：	白雪;张辉;赵扬;马健;陈建伟;宋江峰;郭锐;刘帅;张振振;南钢洋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910734639.5
公开号：	CN110441395A
代理机构：	济南泉城专利商标事务所
代理人：	张贵宾
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	272000山东省济宁市任城区海川路9号高新区产学研基地A3号楼B座
主权项：	1.一种金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统，包括工控机（1），所述工控机（1）连接高能束发生装置，高能束发生装置与机械手（6）连接，机械手（6）连接机械手控制柜（3），机械手控制柜（3）连接工控机（1），其特征在于：还包括一水槽（22），所述水槽（22）内放置工作台（23），工作台（23）上固定有直线导轨A（17）和直线导轨B（20），工作台（23）向上固定基板（8），基板（8）位于直线导轨A（17）和直线导轨B（20）上方，机械手（6）位于基板（8）上方，水槽（22）内的水平面在基板（8）的上表面和下表面之间；所述直线导轨A（17）与直线导轨B（20）在同一水平面上且垂直，水浸式超声探头（10）固定在直线导轨A（17）的滑块A上，直线导轨A（17）一端固定在直线导轨B（20）的滑块B上，直线导轨A（17）的步进电机A（16）连接驱动器A（15），直线导轨B（20）的步进电机B（19）连接驱动器B（18），驱动器A（15）和驱动器B（18）均与工控机（1）内的两轴运动控制板卡（14）连接，步进电机A（16）和步进电机B（19）均设有旋转编码器；所述水浸式超声探头（10）通过防水线缆（11）连接工控机（1）内的超声脉冲发射采集卡（12），超声脉冲发射采集卡（12）与工控机（1）内的超声信号处理板卡（13）连接；所述水槽（22）连接一冷水机（21）；其中：水浸式超声探头（10）：用于发射出超声信号并接收当前打印层反射的超声回波信号，并将接收的超声回波信号发送给超声脉冲发射采集卡（12）；超声脉冲发射采集卡（12）：用于超声信号的激励；实时采集超声回波信号，并将采集到的超声回波信号发送给超声信号处理板卡（13）；超声信号处理板卡（13）：用于对接收的超声回波信号进行识别及表征，并将缺陷尺寸的识别结果实时传输至工控机（1）；旋转编码器：实时反馈水浸式超声探头（10）的位置信息，并将位置信息发送给两轴运动控制板卡（14）；两轴运动控制板卡（14）：根据水浸式超声探头（10）的位置信息，控制水浸式超声探头（10）在直线导轨A（17）和直线导轨B（20）上的运动。 2.根据权利要求1所述的金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统，其特征在于：所述机械手控制柜（3）连接示教器（4）。 3.根据权利要求1所述的金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统，其特征在于：所述高能束发生装置采用为金属增材制造提供热源的激光束发生装置、电子束发生装置、离子束发生装置、等离子束发生装置中任一种。 4.根据权利要求3所述的金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统，其特征在于：所述激光束发生装置为光纤激光器（2）。 5.根据权利要求1或2或3或4所述的金属增材制造过程的水浸超声在线检测系统，其特征在于：所述水浸式超声探头（10）采用高分辨率、高频水浸超声探头。 6.一种金属增材制造过程的水浸超声在线检测方法，包括以下步骤：（一）在工控机（1）中预先设置缺陷尺寸阈值、金属增材制造工艺参数，设置超声检测开始所需要达到的金属构件打印的层数；（二）当达到所预设的打印层数时，工控机（1）通过两轴运动控制板卡（14）控制水浸式超声探头（10）开始实施超声波扫描检测；同时，工控机（1）控制超声脉冲发射采集卡（12）进行超声信号的激励及超声回波信号的采集，水浸式超声探头（10）发射出超声信号并接收当前打印层反射的超声回波信号，并将超声回波信号发送给超声脉冲发射采集卡（12）进行实时采集，超声脉冲发射采集卡（12）将采集到的超声回波信号发送给超声信号处理板卡（13），通过超声信号处理板卡（13）进行超声回波信号的识别及表征，并将缺陷尺寸的识别结果实时传输至工控机（1）；（三）工控机（1）将接收到的缺陷尺寸的识别结果与预先设定的缺陷尺寸阈值比较：当缺陷尺寸的识别结果未超过缺陷尺寸阈值时，则实施下一层打印；当缺陷尺寸的识别结果超过缺陷尺寸阈值时，工控机（1）控制机械手（6）对当前层实施在线修复，直至当前层的缺陷尺寸的识别结果在预先设定的缺陷尺寸阈值之内，然后再进行下一层的打印；（四）重复上述步骤（二）和步骤（三）进行之后层的打印，直至完成所有片层打印。 7.根据权利要求6所述的金属增材制造过程的水浸超声在线检测方法，其特征在于：所述步骤（三）中，当缺陷为局部缺陷时，在线修复是对缺陷部位进行重熔后调整增材制造工艺参数；当缺陷部位遍布整个当前层时，在线修复是对已熔化成形的金属零件切片层实施机械切除，调整增材制造工艺参数，重新打印缺陷部位。
所属类别：	发明专利