CN109187748A - 大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，包括：同轴送粉装置上的环形架，环形架上设置超声检测探头，超声检测探头的前端设置超声波测距传感器；波形控制处理***中的主处理器连接到超声检测探头；波形归一化模块用于将反射的波形信号进行幅值归一化处理以统一坐标量纲，并传输至主处理器；波形信号识别模块识别检测后反射的波形信号，并提取反射的波形信号的波形特征传输至波形转换模块转换为数据信息并传输至数据信息分析模块，以得到缺陷信息传输至主处理器；本发明在增材制造的过程中进行检测，并根据检测的结果实时调整金属构件制造的工艺参数，以保证成品件的质量，同时避免废品的产生以及材料的浪费。

Description

大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***。
背景技术
增材制造技术是相对于传统的机加工等“减材制造”技术而言的，该技术基于离散/堆积原理，以合金粉末或丝材为原材料，采用激光、电子束等高能束进行原位冶金熔化/快速凝固逐层堆积，直接从零件数字模型一步完成全致密、高性能金属制件的近净成形制造，与锻压+机械加工、锻造+焊接等传统金属制件制造技术相比，具有无需刀具和模具、材料利用率高、产品制造周期短、可实现复杂结构的制造等优势，但金属增材制造制件的组织和缺陷特征也与传统制件不同，主要表现为组织的不均匀性以及明显的各向异性，加之主要缺陷类型及分布特征等均与传统制件差异较大，因此，必须针对金属增材制造制件的特殊性开展专门的检测方法及验收标准研究，不宜照搬传统制件检测方法，这也是金属增制造制件质量控制面临的一大难点，目前大多数检测工序均安排在产品成形后进行，即采用制造与检测过程相对独立的离线检测方式，可能导致大量废品的产生从而带来浪费。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，在增材制造的过程中进行检测，并根据检测的结果实时调整金属构件制造的工艺参数，以保证成品件的质量，同时避免废品的产生以及材料的浪费。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，包括：
同步检测探头装置，其设置在同轴送粉装置外侧的壳体上，所述同轴送粉装置用于制造所述金属构件；所述壳体设置为锥筒状；所述同步检测探头装置包括环形架和超声检测探头；所述环形架以可转动的方式环绕在所述壳体的外侧，所述环形架的一侧设置可伸缩支架，所述可伸缩支架平置并向外延伸，所述可伸缩支架远离所述环形架的一端设置用于检测制造中工件内缺陷的超声检测探头，所述超声检测探头的前端设置控制所述可伸缩支架的超声波测距传感器。
波形控制处理***，其包括主处理器、波形归一化模块、波形信号识别模块、波形转换模块以及数据信息分析模块；所述主处理器连接到所述超声检测探头，以控制所述超声检测探头的启闭；所述波形归一化模块用于将反射的波形信号进行幅值归一化处理，以使坐标量纲统一，并传输至所述主处理器；所述波形信号识别模块用于识别检测后反射的波形信号，并提取所述反射的波形信号的波形特征传输至所述波形转换模块；所述波形转换模块将所述波形特征转换为数据信息并传输至所述数据信息分析模块，所述数据信息分析模块通过对所述数据信息进行分析，得到缺陷存在的位置以及形状大小信息传输至主处理器。
优选的是，还包括工艺信息分析模块，其连接到主处理器，所述工艺信息分析模块根据接收的所述缺陷位置以及形状大小信息分析导致所述缺陷的工艺参数信息，并给出需要调整的所述工艺参数信息传输至主处理器。
优选的是，还包括程序自检模块，所述程序自检模块连接到所述主处理器，所述程序自检模块用于所述工艺参数信息以及数控程序的自检，并根据接收的所述调整的工艺参数信息进行所述工艺参数信息的更新。
优选的是，还包括报警急停模块，其连接到所述主处理器，当所述程序自检模块进行所述工艺参数信息的更新时，所述报警急停模块发出声光报警，并使所述同轴送粉装置停3-5秒再启动运行。
优选的是，所述可转动的环形架的具体设置方式为：所述壳体外侧设置环绕所述壳体的凹槽，所述环形架内侧设置滑轮，所述滑轮的后端设置推送机构，所述推送机构连接到主处理器，以控制所述滑轮的转动。
优选的是，所述可伸缩支架包括第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架为中空机构，所述第一支撑架内设置气缸，所述气缸连接到置于所述第一支撑架内的第二支撑架，以使所述第二支撑架在所述第一支撑架内移动；所述气缸内设置控制所述气缸伸缩的微处理器，所述超声波测距传感器将检测的前方是否有障碍物的信息传输至所述微处理器，当障碍物与所述超声波测距传感器之间的距离小于1厘米，则所述微处理器控制所述第二支撑架向第一支撑架移动；当障碍物与所述超声波测距传感器之间的距离大于等于1厘米，则第二支撑架不动或已移动的第二支撑架伸展至原来位置。
优选的是，还包括监控操作模块，其用于实时监控金属构件的制造过程，并将监控的信息传输至所述主处理器。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过在同轴送粉装置上设置可转动的环形架以支撑超声检测探头，所述环形架的结构简单，易于加工；所述同轴送粉装置移动的过程中超声检测探头的移动与同轴送粉装置的移动同步，在同轴送粉装置增材制造的过程中，所述环形架同步转动以带动所述超声检测探头绕制造中的金属构件转动，以完成对已完成的金属构件的部分进行同步检测，及时发现已完成金属构件中的缺陷，便于工艺参数的修整；环形架转动过程中，通过设置在超声检测探头前端的超声波测距传感器以避免超声检测探头在转动过程中出现的碰撞的现场。
通过所述波形归一化模块对反射的波形信号进行整理做归一化处理，统一坐标量纲，以便于波形识别信号模块做波形到数据的转换，所述波形识别信号排出干扰波形，唯一识别发射的波形，并转换为数据信息，便于直观处理；所述数据信息分析模块利用接收的数据信息，对反射的波形做数据分析，通过分析了解产生的缺陷的信息，并结合缺陷信息，可知什么工艺参数出现的偏差导致缺陷的产生传输至主处理器，以便对偏差工艺参数进行修正；整个处理***形成闭环，完成制作中金属构件的检测、工艺参数的修正以及修正后再制造的过程，保证制造时效的同时，避免废件的产生，防止材料的浪费。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***的结构框图；
图2为本发明所述大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***中所述环形架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1和图2所示，本发明提供一种大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，包括：
同步检测探头装置，其设置在同轴送粉装置外侧的壳体1上，所述同轴送粉装置用于制造所述金属构件；所述壳体1设置为锥筒状；所述同步检测探头装置包括环形架2和超声检测探头3；所述环形架2以可转动的方式环绕在所述壳体1的外侧，所述环形架2的一侧设置可伸缩支架21，所述可伸缩支架21平置并向外延伸，所述可伸缩支架21远离所述环形架2的一端设置用于检测制造中工件内缺陷的超声检测探头3，所述超声检测探头3的前端设置控制所述可伸缩支架21的超声波测距传感器4。
波形控制处理***，其包括主处理器、波形归一化模块、波形信号识别模块、波形转换模块以及数据信息分析模块；所述主处理器连接到所述超声检测探头3，以控制所述超声检测探头3的启闭；所述波形归一化模块用于将反射的波形信号进行幅值归一化处理，以使坐标量纲统一，并传输至所述主处理器；所述波形信号识别模块用于识别检测后反射的波形信号，并提取所述反射的波形信号的波形特征传输至所述波形转换模块；所述波形转换模块将所述波形特征转换为数据信息并传输至所述数据信息分析模块，所述数据信息分析模块通过对所述数据信息进行分析，得到缺陷存在的位置以及形状大小信息传输至主处理器。
在上述方案中，通过在同轴送粉装置上设置可转动的环形架2以支撑超声检测探头3，所述环形架2的结构简单，易于加工；所述同轴送粉装置移动的过程中超声检测探头3的移动与同轴送粉装置的移动同步，在同轴送粉装置增材制造的过程中，所述环形架2同步转动以带动所述超声检测探头3绕制造中的金属构件转动，以完成对已完成的金属构件的部分进行同步检测，及时发现已完成金属构件中的缺陷，便于工艺参数的修整；环形架2转动过程中，通过设置在超声检测探头3前端的超声波测距传感器4以避免超声检测探头3在转动过程中出现的碰撞的现场。
通过所述波形归一化模块对反射的波形信号进行整理做归一化处理，统一坐标量纲，以便于波形识别信号模块做波形到数据的转换，所述波形识别信号排出干扰波形，唯一识别发射的波形，并转换为数据信息，便于直观处理；所述数据信息分析模块利用接收的数据信息，对反射的波形做数据分析，通过分析了解产生的缺陷的信息，并结合缺陷信息，可知什么工艺参数出现的偏差导致缺陷的产生传输至主处理器，以便对偏差工艺参数进行修正；整个处理***形成闭环，完成制作中金属构件的检测、工艺参数的修正以及修正后再制造的过程，保证制造时效的同时，避免废件的产生，防止材料的浪费。
一个优选方案中，还包括工艺信息分析模块，其连接到主处理器，所述工艺信息分析模块根据接收的所述缺陷位置以及形状大小信息分析导致所述缺陷的工艺参数信息，并给出需要调整的所述工艺参数信息传输至主处理器。
在上述方案中，通过工艺信息分析模块对缺陷信息的分析，可直接得到导致缺陷产生的工艺参数信息，以明确知道问题所在，并在偏差参数的基础上进行修正调整，以其克服缺陷的产生，将工艺参数调整至最佳，以保证成品件的质量，所述主处理器可控制并查看分析的过程和结果，便于工作人员认识了解问题产生的过程。
一个优选方案中，还包括程序自检模块，所述程序自检模块连接到所述主处理器，所述程序自检模块用于所述工艺参数信息以及数控程序的自检，并根据接收的所述调整的工艺参数信息进行所述工艺参数信息的更新。
在上述方案中，增材制造通过数控程序进行控制，通过程序自检模块对制造中的数控程序进行实时自检，并能及时结合修正后的工艺参数信息更新数据程序，以保证***实时正常的运行过程，省去了人工更替数控程序的麻烦以及可能出现的错误，省时省力，同时不妨碍制造的正常运行。
一个优选方案中，还包括报警急停模块，其连接到所述主处理器，当所述程序自检模块进行所述工艺参数信息的更新时，所述报警急停模块发出声光报警，并使所述同轴送粉装置停3-5秒再启动运行。
在上述方案中，当所述工艺参数信息修正更新时，通过所述报警急停模块使同轴送粉装置停止运行3-5秒，以防止未修正到替换完成期间再次出现缺陷，通过修正之后再重新运行的方式，避免同样的缺陷再次产生，以保证后续制造的整体质量。
一个优选方案中，所述可转动的环形架2的具体设置方式为：所述壳体1外侧设置环绕所述壳体1的凹槽，所述环形架2内侧设置滑轮5，所述滑轮5的后端设置推送机构，所述推送机构连接到主处理器，以控制所述滑轮5的转动。
在上述方案中，通过推送机构即气缸件控制滑轮5的转动，以带动环形架2的转动，使超声检测探头3检测与制造同步，所述主处理器控制推送机构的运行，便于控制检测的角度和检测的速度，所述滑轮5在所述凹槽内转动，便于契合在壳体1外侧，使转动过程更加稳固。
一个优选方案中，所述可伸缩支架21包括第一支撑架211和第二支撑架212，所述第一支撑架211为中空机构，所述第一支撑架211内设置气缸，所述气缸连接到置于所述第一支撑架211内的第二支撑架212，以使所述第二支撑架212在所述第一支撑架211内移动；所述气缸内设置控制所述气缸伸缩的微处理器，所述超声波测距传感器4将检测的前方是否有障碍物的信息传输至所述微处理器，当障碍物与所述超声波测距传感器4之间的距离小于1厘米，则所述微处理器控制所述第二支撑架212向第一支撑架211移动；当障碍物与所述超声波测距传感器4之间的距离大于等于1厘米，则第二支撑架212不动或已移动的第二支撑架212伸展至原来位置。
在上述方案中，当所述超声波测距传感器4检测到其附近小于1厘米的位置有障碍物，为防止产生碰撞，超声波测距传感器4向所述微处理器传递信号，所述微处理器控制所述气缸拉动所述第二支撑架212向靠近第一支撑架211的位置移动，避免超声检测探头3与障碍物产生碰撞；若超声波测距传感器4检测到附近大于1厘米的位置无障碍物，则微处理器控制所述气缸动作，将向内移动的第二支撑架212向外移动伸展至原来的位置。
一个优选方案中，还包括监控操作模块，其用于实时监控金属构件的制造过程，并将监控的信息传输至所述主处理器。
在上述方案中，通过所述监控操作模块将金属构件制造的过程全程监控，防止报警急停模块控制下运行停顿过久，影响制造时效，通过监控实时录像并传输至主处理器，便于工作人员实时了解制造进度，便于进行后续工艺。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅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。

Claims (7)

1.一种大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，其中，包括：
同步检测探头装置，其设置在同轴送粉装置外侧的壳体上，所述同轴送粉装置用于制造所述金属构件；所述壳体设置为锥筒状；所述同步检测探头装置包括环形架和超声检测探头；所述环形架以可转动的方式环绕在所述壳体的外侧，所述环形架的一侧设置可伸缩支架，所述可伸缩支架平置并向外延伸，所述可伸缩支架远离所述环形架的一端设置用于检测制造中工件内缺陷的超声检测探头，所述超声检测探头的前端设置控制所述可伸缩支架的超声波测距传感器；
波形控制处理***，其包括主处理器、波形归一化模块、波形信号识别模块、波形转换模块以及数据信息分析模块；所述主处理器连接到所述超声检测探头，以控制所述超声检测探头的启闭；所述波形归一化模块用于将反射的波形信号进行幅值归一化处理，以使坐标量纲统一，并传输至所述主处理器；所述波形信号识别模块用于识别检测后反射的波形信号，并提取所述反射的波形信号的波形特征传输至所述波形转换模块；所述波形转换模块将所述波形特征转换为数据信息并传输至所述数据信息分析模块，所述数据信息分析模块通过对所述数据信息进行分析，得到缺陷存在的位置以及形状大小信息传输至主处理器。
2.如权利要求1所述的大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，其中，还包括工艺信息分析模块，其连接到主处理器，所述工艺信息分析模块根据接收的所述缺陷位置以及形状大小信息分析导致所述缺陷的工艺参数信息，并给出需要调整的所述工艺参数信息传输至主处理器。
3.如权利要求2所述的大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，其中，还包括程序自检模块，所述程序自检模块连接到所述主处理器，所述程序自检模块用于所述工艺参数信息以及数控程序的自检，并根据接收的所述调整的工艺参数信息进行所述工艺参数信息的更新。
4.如权利要求3所述的大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，其中，还包括报警急停模块，其连接到所述主处理器，当所述程序自检模块进行所述工艺参数信息的更新时，所述报警急停模块发出声光报警，并使所述同轴送粉装置停3-5秒再启动运行。
5.如权利要求1所述的大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，其中，所述可转动的环形架的具体设置方式为：所述壳体外侧设置环绕所述壳体的凹槽，所述环形架内侧设置滑轮，所述滑轮的后端设置推送机构，所述推送机构连接到主处理器，以控制所述滑轮的转动。
6.如权利要求1所述的大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，其中，所述可伸缩支架包括第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架为中空机构，所述第一支撑架内设置气缸，所述气缸连接到置于所述第一支撑架内的第二支撑架，以使所述第二支撑架在所述第一支撑架内移动；所述气缸内设置控制所述气缸伸缩的微处理器，所述超声波测距传感器将检测的前方是否有障碍物的信息传输至所述微处理器，当障碍物与所述超声波测距传感器之间的距离小于1厘米，则所述微处理器控制所述第二支撑架向第一支撑架移动；当障碍物与所述超声波测距传感器之间的距离大于等于1厘米，则第二支撑架不动或已移动的第二支撑架伸展至原来位置。
7.如权利要求1所述的大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测***，其中，还包括监控操作模块，其用于实时监控金属构件的制造过程，并将监控的信息传输至所述主处理器。
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