基于热流红外检测的增材制造风场构建方法及检测方法与流程

1.本发明涉及增材制造加工技术领域，尤其涉及一种基于热流红外检测的增材制造风场构建方法及检测方法。


背景技术：

2.目前国内在进行增材制造设备风场观测时，主要采取手动调节风速开关、然后肉眼观测吹风效果的方式来进行，只能定性分析；部分单位采取外置式流量计、风速计等进行检测，也会影响实际风场，达不到检测效果；国外采用超声波等方式进行风场检测，但过程复杂，无法实现高精度、高动态检测等。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种基于热流红外检测的增材制造风场构建方法及检测方法，能够解决现有技术中无法实现高精度、高动态的增材制造风场检测的技术问题。
4.根据本发明的一方面，提供了一种基于阵列热流红外检测的增材制造风场构建方法，增材制造风场构建方法包括：构建增材制造模拟腔室，增材制造模拟腔室包括粉料仓、落料仓、试验台、刮刀组件、激光器、吹风组件、加热阵列单元和图像采集单元，粉料仓设置在试验台的一侧，落料仓设置在试验台的另一侧，粉料仓内存储有待烧结粉料，刮刀组件用于将粉料刮至试验台，激光器用于对试验台上的粉料进行激光烧结，吹风组件用于在激光器进行铺粉层烧结的过程中吹扫黑烟和溅射颗粒物，加热阵列单元用于对吹风组件吹出的风流进行加热，图像采集单元包括红外光采集单元，红外光采集单元用于采集加热后的风流图像；根据加热后的风流图像分别计算获取风流的速度和方向，当风流的速度超出预设速度阈值范围时，调整吹风组件的出风速度，重复上述过程，直至风流的速度处于预设速度阈值范围内；当风流的方向超出预设风流角度阈值范围时，调整吹风组件的出风角度，重复上述过程，直至风流的方向处于预设风流角度阈值范围内，完成增材制造风场的构建。
5.进一步地，增材制造风场的风速可根据风流的流向长度计算获取，增材制造风场的角度可根据风流的流线夹角计算获取。
6.进一步地，风流的流向长度l可根据l＝l0×
k c计算获取，其中，l0为红外光采集单元检测初始长度，k为长度比例补偿系数，c为固定补偿系数。
7.进一步地，吹风组件包括多个吹风单元，加热阵列单元包括多个加热针，多个吹风单元与多个加热针一一对应设置。
8.根据本发明的另一方面，提供了一种基于增材制造模拟腔室的在线铺粉及烧结质量检测方法，在线铺粉及烧结质量检测方法包括：采用如上所述的增材制造风场构建方法构建增材制造模拟腔室内的风场，图像采集单元还包括可见光采集单元；预先在试验台上铺设一层设定厚度的均匀粉层作为基准铺粉层，利用图像采集单元对基准铺粉层进行图像采集以获取基准铺粉层图像；在试验台上对基准铺粉层进行设定参数的烧结操作以获取理想烧结结构，利用图像采集单元对理想烧结结构进行图像采集以获取基准烧结结构图像；
正式试验时，处于初始位置处的刮刀组件从第一设定高度的粉料仓处刮取设定量的粉料并沿设定方向移动至第二设定高度的试验台面处，多余的粉料存至落料仓中，可见光采集单元对试验台上的铺粉层进行图像采集以获取待测铺粉层图像，将待测铺粉层图像与基准铺粉层图像相比对，计算获取待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的铺粉层比例，将铺粉层比例与预设的铺粉层比例阈值相比较，当铺粉层比例处于预设的铺粉层比例阈值范围内时，认为铺粉质量正常；当铺粉层比例超出预设的铺粉层比例阈值范围时，认为铺粉质量不正常；激光器按照设定待打印图案进行粉层烧蚀，烧蚀完成后，可见光采集单元对试验台上的待测烧结结构进行图像采集以获取待测烧结结构图像，将待测烧结结构图像与基准烧结结构图像相比对，计算获取待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构的烧结比例，将烧结比例与预设的烧结比例阈值相比较，当烧结比例处于预设的烧结比例阈值范围内时，认为烧结质量正常；当烧结比例超出预设的烧结比例阈值范围时，认为烧结质量不正常；试验台下降至第二设定高度，刮刀组件退回至初始位置，粉料仓上升至第一设定高度，重复上述过程，完成第二层铺粉层质量及烧结质量的评估；重复上述过程，直至完成产品各层铺粉层质量及烧结质量的评估。
9.进一步地，将待测铺粉层图像与基准铺粉层图像相比对，计算获取待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的铺粉层比例具体包括：对待测铺粉层图像进行灰度化处理以获取待测铺粉层灰度化图像；对基准铺粉层图像进行灰度化处理以获取基准铺粉层灰度化图像；将待测铺粉层灰度化图像中的各个点的灰度值与基准铺粉层灰度化图像中的各个点的灰度值相比对，计算获取待测铺粉层灰度化图像中与基准铺粉层灰度化图像的对应位置点的灰度差值超出预设灰度阈值的差值点的个数；计算差值点的个数与待测铺粉层灰度化图像中所有灰度点的个数的比值以作为待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的粉层比例。
10.进一步地，将待测烧结结构图像与基准烧结结构图像相比对，计算获取待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构的烧结比例具体包括：对待测烧结结构图像进行灰度化处理以获取待测烧结结构灰度化图像；对基准烧结结构图像进行灰度化处理以获取基准烧结结构灰度化图像；将待测烧结结构灰度化图像中的各个点的灰度值与基准烧结结构灰度化图像中的各个点的灰度值相比对，计算获取待测烧结结构灰度化图像中与基准烧结结构灰度化图像的对应位置点的灰度差值超出预设灰度阈值的差值点的个数；计算差值点的个数与待测烧结结构灰度化图像中所有灰度点的个数的比值以作为待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构图像的烧结比例。
11.进一步地，当铺粉层比例超出预设的铺粉层比例阈值范围时，认为铺粉质量不正常具体包括：当铺粉层比例超出预设的第一铺粉层比例阈值范围但未超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，发出警告，提醒铺粉质量出现异常指令，增材制造模拟腔室不停机；当铺粉层比例超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行铺粉操作，第一铺粉层比例阈值范围小于第二铺粉层比例阈值范围。
12.进一步地，当烧结比例超出预设的烧结比例阈值范围时，认为烧结质量不正常具体包括：当烧结比例超出预设的第一烧结比例阈值范围但未超出预设的第二烧结比例阈值范围时，发出警告，提醒烧结质量出现异常指令，增材制造模拟腔室不停机；当烧结比例超出预设的第二烧结比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行铺粉及烧
结操作，第一烧结比例阈值范围小于第二烧结比例阈值范围。
13.进一步地，在完成了产品各层铺粉层质量及烧结质量的评估之后，在线铺粉及烧结质量检测方法还包括：根据评估后的产品各层铺粉层质量及烧结质量完成增材制造实际腔室的构建。
14.应用本发明的技术方案，提供了一种增材制造风场构建方法，该方法通过设置加热阵列单元和红外光采集单元，加热阵列单元用于对吹风组件吹出的风流进行加热，红外光采集单元用于采集加热后的风流图像，根据加热后的风流图像分别计算获取风流的速度和方向，当风流的速度超出预设速度阈值范围时，调整吹风组件的出风速度，重复上述过程，直至风流的速度处于预设速度阈值范围内；当风流的方向超出预设风流角度阈值范围时，调整吹风组件的出风角度。此种方式采用在风场以外位置安装加热阵列单元，采用非接触、高精度、高动态红外检测、并智能识别风场的速度和角度的技术，能够达到高精度、高动态、不影响实际风场的测量效果。
附图说明
15.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1示出了根据本发明的具体实施例提供的基于增材制造模拟腔室的在线铺粉及烧结质量检测方法的流程示意图；
17.图2示出了根据本发明的具体实施例提供的材制造模拟腔室的结构示意图；
18.图3示出了根据本发明的具体实施例提供的材制造模拟腔室的外壳的结构示意图；
19.图4示出了根据本发明的具体实施例提供的图像采集单元的结构示意图；
20.图5a和图5b示出了根据本发明的具体实施例提供的铺粉质量检测(铺粉正常)的示意图；
21.图6a和图6b示出了根据本发明的具体实施例提供的铺粉质量检测(加工搭接区域突出缺陷)的示意图；
22.图7a和图7b示出了根据本发明的具体实施例提供的铺粉质量检测(零件露出缺陷)的示意图；
23.图8a和图8b示出了根据本发明的具体实施例提供的烧结质量检测(烧结缺陷样件检测)的示意图；
24.图9示出了根据本发明的具体实施例提供的控制组件的软件界面示意图；
25.图10示出了根据本发明的具体实施例提供的吹风组件和加热阵列单元的结构示意图；
26.图11示出了根据本发明的具体实施例提供的功率检测的原理示意图。
27.其中，上述附图包括以下附图标记：
28.10、粉料仓；20、落料仓；30、试验台；40、刮刀组件；50、图像采集单元；60、标识物。
具体实施方式
29.如图10所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于阵列热流红外检测的增材制造风场构建方法，该增材制造风场构建方法包括：构建增材制造模拟腔室，增材制造模拟腔室包括粉料仓、落料仓、试验台、刮刀组件、激光器、吹风组件、加热阵列单元和图像采集单元，粉料仓设置在试验台的一侧，落料仓设置在试验台的另一侧，粉料仓内存储有待烧结粉料，刮刀组件用于将粉料刮至试验台，激光器用于对试验台上的粉料进行激光烧结，吹风组件用于在激光器进行铺粉层烧结的过程中吹扫黑烟和溅射颗粒物，加热阵列单元用于对吹风组件吹出的风流进行加热，图像采集单元包括红外光采集单元，红外光采集单元用于采集加热后的风流图像；根据加热后的风流图像分别计算获取风流的速度和方向，当风流的速度超出预设速度阈值范围时，调整吹风组件的出风速度，重复上述过程，直至风流的速度处于预设速度阈值范围内；当风流的方向超出预设风流角度阈值范围时，调整吹风组件的出风角度，重复上述过程，直至风流的方向处于预设风流角度阈值范围内，完成增材制造风场的构建。
30.应用此种配置方式，提供了一种基于阵列热流红外检测的增材制造风场构建方法，该方法通过设置加热阵列单元和红外光采集单元，加热阵列单元用于对吹风组件吹出的风流进行加热，红外光采集单元用于采集加热后的风流图像，根据加热后的风流图像分别计算获取风流的速度和方向，当风流的速度超出预设速度阈值范围时，调整吹风组件的出风速度，重复上述过程，直至风流的速度处于预设速度阈值范围内；当风流的方向超出预设风流角度阈值范围时，调整吹风组件的出风角度。此种方式采用在风场以外位置安装加热阵列单元，采用非接触、高精度、高动态红外检测、并智能识别风场的速度和角度的技术，能够达到高精度、高动态、不影响实际风场的测量效果。
31.具体地，在本发明中，为了提高吹风的均匀性以及对各个风流进行均匀加热，可将吹风组件配置为包括多个吹风单元，加热阵列单元包括多个加热针，多个吹风单元与多个加热针一一对应设置。在此种方式下，在增材制造设备加工仓的出风口安装阵列式加热针，加热针在加工过程中定时加热，然后用红外相机获取出风口阵列热流流线红外图像。
32.进一步地，在本发明中，增材制造风场的风速可根据风流的流向长度计算获取，增材制造风场的角度可根据风流的流线夹角计算获取，此处所说的风流的流线夹角具体是指热流流线与加热针阵列法向的夹角。其中，风流的流向长度l可根据l＝l0×
k c计算获取，其中，l0为红外光采集单元检测初始长度，k为长度比例补偿系数(相机、温度等补偿)，c为固定补偿系数(安装位置补偿)。风场的风速与流向长度成反比，风场的角度与流线夹角成正比。
33.根据本发明的另一方面，如图1至图11所示，提供了一种基于增材制造模拟腔室的在线铺粉及烧结质量检测方法，该在线铺粉及烧结质量检测方法包括：构建增材制造模拟腔室，增材制造模拟腔室包括粉料仓、落料仓、试验台、刮刀组件、激光器和图像采集单元，粉料仓设置在试验台的一侧，落料仓设置在试验台的另一侧，粉料仓内存储有待烧结粉料，刮刀组件用于将粉料刮至试验台，激光器用于对试验台上的粉料进行激光烧结；预先在试验台上铺设一层设定厚度的均匀粉层作为基准铺粉层，利用图像采集单元对基准铺粉层进行图像采集以获取基准铺粉层图像；在试验台上对基准铺粉层进行设定参数的烧结操作以获取理想烧结结构(理想烧结结构是指烧结结构的外形、结构符合预期设计)，利用图像采
集单元对理想烧结结构进行图像采集以获取基准烧结结构图像；正式试验时，处于初始位置处的刮刀组件从第一设定高度的粉料仓处刮取设定量的粉料并沿设定方向移动至第二设定高度的试验台面处，多余的粉料存至落料仓中，图像采集单元对试验台上的粉层进行图像采集以获取待测铺粉层图像，将待测铺粉层图像与基准铺粉层图像相比对，计算获取待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的铺粉层比例，将铺粉层比例与预设的铺粉层比例阈值相比较，当铺粉层比例处于预设的铺粉层比例阈值范围内时，认为铺粉质量正常；当铺粉层比例超出预设的铺粉层比例阈值范围时，认为铺粉质量不正常；激光器按照设定待打印图案进行粉层烧蚀，烧蚀完成后，图像采集单元对试验台上的待测烧结结构进行图像采集以获取待测烧结结构图像，将待测烧结结构图像与基准烧结结构图像相比对，计算获取待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构图像的烧结比例，将烧结比例与预设的烧结比例阈值相比较，当烧结比例处于预设的烧结比例阈值范围内时，认为烧结质量正常；当烧结比例超出预设的烧结比例阈值范围时，认为烧结质量不正常；试验台下降至第二设定高度，刮刀组件退回至初始位置，粉料仓上升至第一设定高度，重复上述过程，完成第二层铺粉层质量及烧结质量的评估；重复上述过程，直至完成产品各层铺粉层质量及烧结质量的评估。
34.应用此种配置方式，提供了一种基于增材制造模拟腔室的在线铺粉及烧结质量检测方法，该方法通过在正式试验之前，采集基准铺粉层图像和基准烧结结构图像，在正式试验时，通过采集各层铺粉图像，将待测铺粉层图像与基准铺粉层图像相比对，计算获取待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的铺粉层比例，将铺粉层比例与预设的铺粉层比例阈值相比较以对铺粉质量进行判断；通过采集各层烧结结构图像，将待测烧结结构图像与基准烧结结构图像相比对，计算获取待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构图像的烧结比例，将烧结比例与预设的烧结比例阈值相比较以对烧结结构质量进行判断，此种方式通过提前采取具有环境光影响且质量较好的图像作为基准铺粉层图像和基准烧结结构图像，试验中将采集的铺粉层图像和烧结结构图像分别与基准铺粉层图像和基准烧结结构图像相比较，能够有效消除环境光的影响，提高铺粉及烧结质量的判断精度；此外，本发明通过构建与真实增材制造腔室结构相同的增材制造模拟腔室，通过在增材制造模拟腔室中进行铺粉及烧结质量的判断，能够有效解决现场做试验不容易分离各参量分量引入的误差的问题，当完成在增材制造模拟腔室中的铺粉及烧结质量判断之后，可以采用相同的方法指导实际增材制造过程中进行铺粉及烧结质量的判断，减少外界误差的影响。
35.具体地，在本发明中，每完成一层粉层的铺粉和烧结操作之后，试验台下降至第二设定高度，刮刀组件退回至初始位置，粉料仓上升至第一设定高度，此处所指的试验台下降至第二设定高度是指位于试验台外加位于试验台上的产品的最顶端下降至第二设定高度，粉料仓上升至第一设定高度是指粉料仓的最顶端上升至第一设定高度，由此能够保证产品每层所刮取的粉料量均相同，提高产品制造的稳定性。
36.进一步地，在本发明中，将待测铺粉层图像与基准铺粉层图像相比对，计算获取待测铺粉层图像中的缺陷占整体粉层图像的铺粉层比例具体包括：对待测铺粉层图像进行灰度化处理以获取待测铺粉层灰度化图像；对基准铺粉层图像进行灰度化处理以获取基准铺粉层灰度化图像；将待测铺粉层灰度化图像中的各个点的灰度值与基准铺粉层灰度化图像中的各个点的灰度值相比对，计算获取待测铺粉层灰度化图像中与基准铺粉层灰度化图像
的对应位置点的灰度差值超出预设灰度阈值的差值点的个数；计算差值点的个数与待测铺粉层灰度化图像中所有灰度点的个数的比值以作为待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的粉层比例。
37.应用此种配置方式，通过分别对待测铺粉层图像与基准铺粉层图像进行灰度化处理，计算获取待测铺粉层灰度化图像中与基准铺粉层灰度化图像的对应位置点的灰度差值超出预设灰度阈值的差值点的个数，计算差值点的个数与待测铺粉层灰度化图像中所有灰度点的个数的比值以作为待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的粉层比例，此种方式能够有效消除环境背景杂光的影响，通过对图像中每个像素只用灰度值描述，然后根据灰度值及面积大小来对铺粉缺陷进行检测及判断，相对于三维视觉检测，利用灰度图进行图像质量检测具有信息量少、计算速度快、硬件成本低等优势，能满足铺粉质量检测及缺陷检测的目的。
38.进一步地，在本发明中，将待测烧结结构图像与基准烧结结构图像相比对，计算获取待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构图像的烧结比例具体包括：对待测烧结结构图像进行灰度化处理以获取待测烧结结构灰度化图像；对基准烧结结构图像进行灰度化处理以获取基准烧结结构灰度化图像；将待测烧结结构灰度化图像中的各个点的灰度值与基准烧结结构灰度化图像中的各个点的灰度值相比对，计算获取待测烧结结构灰度化图像中与基准烧结结构灰度化图像的对应位置点的灰度差值超出预设灰度阈值的差值点的个数；计算差值点的个数与待测烧结结构灰度化图像中所有灰度点的个数的比值以作为待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构图像的烧结比例。
39.应用此种配置方式，通过分别对待测烧结结构图像与基准烧结结构图像进行灰度化处理，计算获取待测烧结结构灰度化图像中与基准烧结结构灰度化图像的对应位置点的灰度差值超出预设灰度阈值的差值点的个数，计算差值点的个数与待测烧结结构灰度化图像中所有灰度点的个数的比值以作为待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构图像的烧结比例，此种方式能够有效消除环境背景杂光的影响，通过对图像中每个像素只用灰度值描述，然后根据灰度值及面积大小来对烧结结构缺陷进行检测及判断，相对于三维视觉检测，利用灰度图进行图像质量检测具有信息量少、计算速度快、硬件成本低等优势，能满足铺粉质量检测及缺陷检测的目的。
40.进一步地，在本发明中，为了既能够保证产品制造效率，又能够保证产品质量，及时发现并处理故障问题，当铺粉层比例超出预设的铺粉层比例阈值范围时，认为铺粉质量不正常具体包括：当铺粉层比例超出预设的第一铺粉层比例阈值范围但未超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，发出警告，提醒铺粉质量出现异常指令，增材制造模拟腔室不停机；当铺粉层比例超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行铺粉操作，第一铺粉层比例阈值范围小于第二铺粉层比例阈值范围。
41.在此种配置方式下，预先设定第一铺粉层比例阈值范围和第二铺粉层比例阈值范围，第一铺粉层比例阈值范围小于第二铺粉层比例阈值范围，第一铺粉层比例阈值范围的数值选取依据是铺粉缺陷适度超出合格铺粉质量，但缺陷不影响整体，通过机器微调可进行缺陷修复；第一铺粉层比例阈值范围的数值选取依据是铺粉缺陷已严重超出合格铺粉质量，无法通过机器微调进行缺陷修复。因此，当铺粉层比例超出预设的第一铺粉层比例阈值范围但未超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，发出警告，提醒铺粉质量出现异常指令，
此时操作人员可进行机器微调进行调整，增材制造模拟腔室不停机，从而能够保证产品制造效率；当铺粉层比例超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行铺粉操作。
42.进一步地，在本发明中，为了既能够保证产品制造效率，又能够保证产品质量，及时发现并处理故障问题，当烧结比例超出预设的烧结比例阈值范围时，认为烧结质量不正常具体包括：当烧结比例超出预设的第一烧结比例阈值范围但未超出预设的第二烧结比例阈值范围时，发出警告，提醒烧结质量出现异常指令，增材制造模拟腔室不停机；当烧结比例超出预设的第二烧结比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行铺粉及烧结操作，第一烧结比例阈值范围小于第二烧结比例阈值范围。
43.在此种配置方式下，预先设定第一烧结比例阈值范围和第二烧结比例阈值范围，第一烧结比例阈值范围小于第二烧结比例阈值范围，第一烧结比例阈值范围的数值选取依据是烧结缺陷适度超出合格烧结质量，但缺陷不影响整体，通过机器微调可进行缺陷修复；第一烧结比例阈值范围的数值选取依据是烧结缺陷已严重超出合格烧结质量，无法通过机器微调进行缺陷修复。因此，当烧结比例超出预设的第一烧结比例阈值范围但未超出预设的第二烧结比例阈值范围时，此时认为发出警告，提醒烧结质量出现异常指令，此时操作人员可进行机器微调进行调整，增材制造模拟腔室不停机，从而能够保证产品制造效率；当烧结比例超出预设的第二烧结比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行烧结操作。
44.根据本发明的另一方面，如图1至图10所示，提供了一种基于增材制造模拟腔室的在线铺粉及烧结质量检测系统，该在线铺粉及烧结质量检测系统包括增材制造模拟腔室和控制组件，增材制造模拟腔室包括粉料仓10、落料仓20、试验台30、刮刀组件40、第一升降驱动单元、第二升降驱动单元、激光器和图像采集单元50，粉料仓10设置在试验台30的一侧，落料仓20设置在试验台30的另一侧，粉料仓10内存储有待烧结粉料，刮刀组件40用于将粉料刮至试验台30，第一升降驱动单元用于驱动粉料仓10沿竖直方向上下移动，第二升降驱动单元用于驱动试验台30沿竖直方向上下移动，激光器用于对试验台30上的粉料进行激光烧结，控制组件包括基准粉层获取单元、基准烧结结构获取单元、粉料仓高度控制单元、试验台高度控制单元、铺粉质量判断单元和烧结质量判断单元，基准粉层获取单元用于控制图像采集单元50对预先铺设在试验台30上的设定厚度的基准粉层进行图像采集以获取基准粉层图像，基准烧结结构获取单元用于控制图像采集单元50对在试验台30上对基准粉层进行设定参数的烧结操作以获取的理想烧结结构进行图像采集以获取基准烧结结构图像；粉料仓高度控制单元用于控制第一升降驱动单元动作以使粉料仓10沿竖直方向移动至第一设定高度，试验台高度控制单元用于控制第二升降驱动单元动作以使试验台30沿竖直方向移动至第二设定高度，铺粉质量判断单元分别与基准粉层获取单元和图像采集单元50连接，铺粉质量判断单元用于将图像采集单元50采集的待测粉层图像与基准粉层图像相比对以判断铺粉质量，烧结质量判断单元分别与基准烧结结构获取单元和图像采集单元50连接，烧结质量判断单元用于将图像采集单元50采集的待测烧结结构图像与基准烧结结构图像相比对以判断烧结质量。
45.应用此种配置方式，提供了一种基于增材制造模拟腔室的在线铺粉及烧结质量检测系统，该系统通过设置基准粉层获取单元和基准烧结结构获取单元，在正式试验之前，通
过基准粉层获取单元和基准烧结结构获取单元分别采集基准铺粉层图像和基准烧结结构图像，在正式试验时，通过图像采集单元采集各层铺粉图像，将待测铺粉层图像与基准铺粉层图像相比对，计算获取待测铺粉层图像中的缺陷占整体铺粉层图像的铺粉层比例，将铺粉层比例与预设的铺粉层比例阈值相比较以对铺粉质量进行判断；通过图像采集单元采集各层烧结结构图像，将待测烧结结构图像与基准烧结结构图像相比对，计算获取待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结结构图像的烧结比例，将烧结比例与预设的烧结比例阈值相比较以对烧结结构质量进行判断，此种方式通过提前采取具有环境光影响且质量较好的图像作为基准铺粉层图像和基准烧结结构图像，试验中将采集的铺粉层图像和烧结结构图像分别与基准铺粉层图像和基准烧结结构图像相比较，能够有效消除环境光的影响，提高铺粉及烧结质量的判断精度；此外，本发明通过构建与真实增材制造腔室结构相同的增材制造模拟腔室，通过在增材制造模拟腔室中进行铺粉及烧结质量的判断，能够有效解决现场做试验不容易分离各参量分量引入的误差的问题，当完成在增材制造模拟腔室中的铺粉及烧结质量判断之后，可以采用相同的方法指导实际增材制造过程中进行铺粉及烧结质量的判断，减少外界误差的影响。
46.进一步地，在本发明中，为了能够保证产品质量，及时发现并处理故障问题，可将在线铺粉及烧结质量检测系统配置为还包括报警单元和停机单元，报警单元分别与铺粉质量判断单元和烧结质量判断单元连接，报警单元用于根据铺粉质量判断单元的输出结果或烧结质量判断单元的输出结果选择是否报警；停机单元分别与铺粉质量判断单元、烧结质量判断单元、刮刀组件40和激光器连接，停机单元用于根据铺粉质量判断单元的输出结果或烧结质量判断单元的输出结果选择是否停止刮刀组件40和/或激光器的操作。
47.具体地，在本发明中，为了快速判断铺粉质量是否正常，可将铺粉质量判断单元配置为包括铺粉阈值存储器、铺粉缺陷比例计算器和铺粉质量比较器，铺粉阈值存储器内存储有预设的粉层比例阈值，铺粉缺陷比例计算器用于将待测粉层图像与基准粉层图像相比对以计算获取待测粉层图像中的缺陷占整体粉层图像的粉层比例，铺粉质量比较器用于将粉层比例与预设的粉层比例阈值相比较以判断铺粉质量是否正常。
48.进一步地，在本发明中，为了既能够保证产品制造效率，同时又能够保证产品质量，铺粉阈值存储器内存储有第一铺粉层比例阈值和第二铺粉层比例阈值，第一铺粉层比例阈值范围小于第二铺粉层比例阈值范围，当铺粉层比例超出预设的第一铺粉层比例阈值范围但未超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，铺粉质量比较器判断铺粉质量不正常，报警单元发出警告，提醒铺粉质量出现异常指令；当铺粉层比例超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，铺粉质量比较器判断铺粉质量不正常，停机单元控制刮刀组件40进行停机操作。
49.在此种配置方式下，预先设定第一铺粉层比例阈值范围和第二铺粉层比例阈值范围，第一铺粉层比例阈值范围小于第二铺粉层比例阈值范围，第一铺粉层比例阈值范围的数值选取依据是铺粉缺陷适度超出合格铺粉质量，但缺陷不影响整体，通过机器微调可进行缺陷修复，此时仅进行报警，而不停机，从而能够保证产品制造效率；第二铺粉层比例阈值范围的数值选取依据是铺粉缺陷已严重超出合格铺粉质量，无法通过机器微调进行缺陷修复。因此，当铺粉层比例超出预设的第一铺粉层比例阈值范围但未超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，此时认为发出警告，提醒铺粉质量出现异常指令，此时操作人员可进行
机器微调进行调整，增材制造模拟腔室不停机；当铺粉层比例超出预设的第二铺粉层比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行铺粉操作。
50.在本发明中，为了快速判断烧结质量是否正常，可将烧结质量判断单元配置为包括烧结阈值存储器、烧结缺陷比例计算器和烧结质量比较器，烧结阈值存储器内存储有预设的烧结比例阈值，烧结缺陷比例计算器用于将待测烧结结构图像与基准烧结图像相比对以计算获取待测烧结结构图像中的缺陷占整体烧结图像的烧结比例，烧结质量比较器用于将烧结比例与预设的烧结比例阈值相比较以判断烧结质量是否正常。
51.进一步地，在本发明中，为了既能够保证产品制造效率，同时又能够保证产品质量，烧结阈值存储器内存储有第一烧结比例阈值和第二烧结比例阈值，第一烧结比例阈值范围小于第二烧结比例阈值范围，当烧结比例超出预设的第一烧结比例阈值范围但未超出预设的第二烧结比例阈值范围时，烧结质量比较器判断烧结质量不正常，报警单元发出警告，提醒烧结质量出现异常指令；当烧结比例超出预设的第二烧结比例阈值范围时，烧结质量比较器判断烧结质量不正常，停机单元控制激光器进行停机操作。
52.在此种配置方式下，预先设定第一烧结比例阈值范围和第二烧结比例阈值范围，第一烧结比例阈值范围小于第二烧结比例阈值范围，第一烧结比例阈值范围的数值选取依据是烧结缺陷适度超出合格烧结质量，但缺陷不影响整体，通过机器微调可进行缺陷修复；第二烧结比例阈值范围的数值选取依据是烧结缺陷已严重超出合格烧结质量，无法通过机器微调进行缺陷修复。因此，当烧结比例超出预设的第一烧结比例阈值范围但未超出预设的第二烧结比例阈值范围时，此时认为发出警告，提醒烧结质量出现异常指令，此时操作人员可进行机器微调进行调整，增材制造模拟腔室不停机；当烧结比例超出预设的第二烧结比例阈值范围时，增材制造模拟腔室进行停机操作，重新进行烧结操作。
53.此外，在本发明中，根据不同产品种类的不同，第一铺粉层比例阈值范围、第二铺粉层比例阈值范围、第一烧结比例阈值范围和第二烧结比例阈值范围会随之进行改变，为了适应不同产品的特性，可将控制组件配置为还包括阈值调整模块，阈值调整模块分别与铺粉阈值存储器和烧结阈值存储器连接，阈值调整模块可根据不同产品的结构特点对铺粉阈值存储器中存储的第一铺粉层比例阈值范围和第二铺粉层比例阈值范围以及烧结阈值存储器中存储的第一烧结比例阈值范围和第二烧结比例阈值范围进行修改。
54.进一步地，在本发明中，由于在增材制造过程中进行激光烧结时容易造成粉末飞溅，为了保证增材制造产品质量，需要将溅起的粉末及时吹出以防止影响产品质量，可将增材制造模拟腔室配置为还包括吹风组件，吹风组件用于在激光器进行粉层烧结的过程中吹扫黑烟和溅射颗粒物。
55.此外，在本发明中，为了既能够保证粉层烧结的过程中吹扫黑烟和溅射颗粒物，同时又防止将整个待烧结粉末吹起，因此需要对吹风组件的吹风速度及方向进行控制。因此，增材制造模拟腔室还包括加热阵列单元，图像采集单元50包括红外光采集单元，控制单元还包括风向及风速判断单元，加热阵列单元用于对吹风组件吹出的风流进行加热，红外光采集单元用于采集加热后的风流图像，风向及风速判断单元用于根据加热后的风流图像判断吹风单元的风速和风向。在此种配置方式下，红外光采集单元用于采集加热后的风流图像，根据采集到的加热后的风流图像可以实现对吹风组件的风速和吹风方向的控制。
56.进一步地，在本发明中，为了获取合适的风速和吹风方向，在正式试验之前，在线
铺粉及烧结质量检测方法还包括：根据加热后的风流图像分别计算获取风流的速度和方向，当风流的速度超出预设速度阈值范围时，调整吹风组件的出风速度，重复上述过程，直至风流的速度处于预设速度阈值范围内；当风流的方向超出预设风流角度阈值范围时，调整吹风组件的出风角度，重复上述过程，直至风流的方向处于预设风流角度阈值范围内，完成增材制造风场的构建。
57.具体地，在本发明中，为了提高吹风的均匀性以及对各个风流进行均匀加热，可将吹风组件配置为包括多个吹风单元，加热阵列单元包括多个加热针，多个吹风单元与多个加热针一一对应设置。
58.进一步地，在本发明中，增材制造风场的风速可根据风流的流向长度计算获取，增材制造风场的角度可根据风流的流线夹角计算获取。其中，风流的流向长度l可根据l＝l0×
k c计算获取，其中，l0为红外光采集单元检测初始长度，k为长度比例补偿系数(相机、温度等补偿)，c为固定补偿系数(安装位置补偿)。风场的风速与流向长度成反比，风场的角度与流线夹角成正比。
59.此外，在本发明中，为了保证增材制造过程中产品制造不受外界环境的影响，同时控制刮刀组件沿设定方向进行移动，可将增材制造模拟腔室配置为还包括腔室外壳和刮刀驱动单元，粉料仓10、落料仓20、试验台30、刮刀组件40、第一升降驱动单元、第二升降驱动单元、激光器和图像采集单元50均设置在腔室外壳内，刮刀驱动单元与刮刀组件40连接，刮刀驱动单元用于驱动刮刀组件40移动。
60.进一步地，在本发明中，为了能够精确定位刮刀组件是否运动到位，可将增材制造模拟腔室配置为还包括光学标识物60，光学标识物60设置在刮刀组件上，当刮刀组件到达设定位置时，图像采集单元采集光学标识物的图像并输出到位控制信号，正式试验时，处于初始位置处的刮刀组件从第一设定高度的粉料仓处刮取设定量的粉料并沿设定方向移动至第二设定高度的试验台面处，多余的粉料存至落料仓中，图像采集单元实时采集光学标识物的图像，当光学标识物到达第一设定位置时，认为刮刀组件运动到位，图像采集单元对试验台上的粉层进行图像采集以获取待测铺粉层图像。
61.应用此种配置方式，通过在刮刀顶部构建光学标识物，当刮刀经过或到达指定位置时，摄像机对刮刀顶部的光学标识物的位置进行判定，然后输出“铺粉完成”或“打印完成待铺粉”的控制信号，此种方式能够适用于不同型号的增材制造设备，当某些国外增材制造设备不对外开放接口，控制组件无法获取刮刀具体运动位置时，通过识别光学标识物的具体位置从而能够获知刮刀是否到位，从而能够扩大设备适用的范围。
62.进一步地，在本发明中，为了保证产品制造质量，可将控制组件配置为还包括激光功率判断模块，激光功率判断模块用于采集激光器的激光功率并将激光功率与预设的激光功率阈值进行判断以输出判断结果。
63.具体地，激光功率判断模块包括激光功率阈值存储器和激光功率判断单元，激光功率阈值存储器内存储有预设的激光功率阈值，激光功率判断单元用于将激光功率与预设的激光功率阈值进行判断以输出判断结果，当激光功率超出预设的激光功率阈值范围时，输出“功率不合格”；当激光功率处于预设的激光功率阈值范围时，输出“功率合格”。
64.进一步地，在本发明中，激光功率判断模块还包括激光功率调整单元，激光功率调整单元与激光功率判断单元连接，激光功率调整单元用于根据激光功率判断单元的判断结
果对激光器输出的功率进行调整。具体地，当激光功率小于预设的激光功率阈值范围时，激光功率调整单元控制激光器增大输出功率，当激光功率大于预设的激光功率阈值范围时，激光功率调整单元控制激光器减小输出功率。
65.在本发明中，如图11所示，采用原位检测法，在工件加工前对激光功率进行检测和校准、加工后再次进行检测确认，均作为工件质量追溯的加工参数之一进行记录。
66.综上所述，本发明提供了一种基于阵列热流红外检测的增材制造风场构建方法，该方法通过设置加热阵列单元和红外光采集单元，加热阵列单元用于对吹风组件吹出的风流进行加热，红外光采集单元用于采集加热后的风流图像，根据加热后的风流图像分别计算获取风流的速度和方向，当风流的速度超出预设速度阈值范围时，调整吹风组件的出风速度，重复上述过程，直至风流的速度处于预设速度阈值范围内；当风流的方向超出预设风流角度阈值范围时，调整吹风组件的出风角度。此种方式采用在风场以外位置安装加热阵列单元，采用非接触、高精度、高动态红外检测、并智能识别风场的速度和角度的技术，能够达到高精度、高动态、不影响实际风场的测量效果。
67.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
68.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
69.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。