一种增材制造缺陷电磁热成像在线监测系统的制作方法

本技术涉及无损检测，尤其涉及一种增材制造缺陷电磁热成像在线监测系统。

背景技术：

1、现有技术中，增材制造技术的发展非常迅速，并得到日益广泛的应用。其中，增材制造产品成形过程中的稳定性直接影响成形后产品的产品质量和性能。例如，产品成形过程中随着材料的逐点熔化、逐线搭接和逐层堆积，伴随着复杂的熔池冶金行为。由于原材料特性、主要工艺参数及成形室环境气氛的不稳定因素，可能会在成形后的产品中产生孔隙、未熔合等冶金缺陷问题。

2、现有的增材制造过程与无损检测过程相对独立，即增材制造完成后，使用离线的无损检测技术对成形后产品进行缺陷检测。这种检测方式属于事后检测，检测效果存在滞后性，难以对产品成形过程中的冶金缺陷问题进行提前干预，也无法通过对制造过程的闭环控制提高成形后产品的成品率。

3、另外，现有的对增材制造过程进行在线监测的手段也存在诸多技术问题。例如，现有的光学成像监测技术仅能获取成形表面的质量和铺粉状态信息，难以监测熔覆层内部缺陷。现有的红外热像熔池监测技术通过熔池的温度和形貌信息，及其与缺陷产生的关系预测是否存在冶金缺陷，监测结果的准确性对经验数据和预测模型的依赖性较强。现有的声学传感监测和电磁涡流在线监测技术分别根据成形过程中熔覆层的声学特性、电导率特性进行缺陷识别，但是在实际应用中易受成形过程中的振动干扰、传感器检测灵敏度和分辨率的影响。现有的x射线原位断层扫描、同步辐射光源成像等在线监测技术，能对成形材料内部三维成像，但是这种监测系统较为复杂、x射线穿透能力受限，对探测器的成像帧频及监测数据的处理能力要求较高。

4、有鉴于此，需要更有效和更高效的增材制造过程在线监测方案。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种增材制造缺陷电磁热成像在线监测系统，用以解决如何更有效和更高效地在线监测增材制造质量的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

3、本实用新型还提供一种增材制造缺陷电磁热成像在线监测系统，所述系统包括：

4、信号发生装置，用于周期性产生短时脉冲激励信号；

5、功率放大装置，用于将所述短时脉冲激励信号进行功率放大；

6、电磁激励装置，用于在功率放大后的短时脉冲激励信号驱动下产生脉冲激励电磁场，并在增材制造成形的任一层熔覆层生成过程中，沿着该层熔覆层的生成轨迹，由所述脉冲激励电磁场对该层熔覆层的新生区域进行感应加热；

7、红外热像装置，用于在所述短时脉冲激励信号的触发下，获取该层熔覆层被感应加热区域的红外热像监测数据；

8、数据处理装置，用于根据所述红外热像监测数据确定该层熔覆层的缺陷在线监测结果。

9、可选的，所述电磁激励装置和/或所述红外热像装置与增材制造机器的出料口同步移动。

10、可选的，所述电磁激励装置的激励范围覆盖增材制造机器的出料口的运动轨迹；

11、和/或，

12、所述红外热像装置的拍摄范围覆盖所述电磁激励装置的运动轨迹。

13、可选的，所述电磁激励装置能够绕增材制造机器的出料口呈360°或180°旋转；

14、和/或，

15、所述红外热像装置能够绕所述电磁激励装置或增材制造机器的出料口360°或180°旋转。

16、可选的，沿增材制造机器的出料口的运动轨迹或运动方向，从前到后分别设置增材制造机器的出料口、电磁激励装置、红外热像装置。

17、可选的，所述电磁激励装置包括一个或多个激励线圈单元；

18、所述激励线圈单元包括平面螺旋线圈、绝缘层、屏蔽层和包覆层；

19、所述平面螺旋线圈为金属导线同向绕制的扁平状多圈层螺旋式结构；

20、所述绝缘层用于包覆所述平面螺旋线圈的金属导线；

21、所述屏蔽层设置在所述平面螺旋线圈的上方，并与所述平面螺旋线圈平行；

22、所述包覆层用于包覆所述平面螺旋线圈和所述屏蔽层。

23、可选的，所述激励线圈单元设置在被感应加热的熔覆层表面上方，并与所述被感应加热的熔覆层表面平行。

24、可选的，所述信号发生装置的输出端连接所述功率放大装置的输入端；

25、所述功率放大装置的输出端连接所述电磁激励装置的输入端；

26、所述信号发生装置的输出端连接所述红外热像装置的输入端；

27、所述红外热像装置的输出端连接所述数据处理装置的输入端。

28、可选的，所述信号发生装置为信号发生器；

29、和/或，

30、所述功率放大装置为功率放大器；

31、可选的，所述红外热像装置的拍摄方向正对所述熔覆层表面。

32、本实用新型采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

33、随着增材制造过程的进行，能够不断对最新产生的熔覆层进行质量检测，提高增材制造过程监测的及时性。通过采用电磁激励感应加热和红外热像监测，能够持续准确得到熔覆层的新生区域的红外热像监测数据，进而确定最新产生的熔覆层的缺陷在线监测结果，并对每一层熔覆层执行上述过程，直至完成对所有熔覆层的缺陷监测，能够提高增材制造过程监测的准确性，有效提高增材制造过程监测效果和效率，并能够降低增材制造过程监测成本。

技术特征：

1.一种增材制造缺陷电磁热成像在线监测系统，其特征在于，所述系统包括：

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁激励装置和/或所述红外热像装置与增材制造机器的出料口同步移动。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述电磁激励装置的激励范围覆盖增材制造机器的出料口的运动轨迹；

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述电磁激励装置能够绕增材制造机器的出料口呈360°或180°旋转；

5.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，沿增材制造机器的出料口的运动轨迹或运动方向，从前到后分别设置增材制造机器的出料口、电磁激励装置、红外热像装置。

6.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述电磁激励装置包括一个或多个激励线圈单元；

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述激励线圈单元设置在被感应加热的熔覆层表面上方，并与所述被感应加热的熔覆层表面平行。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生装置的输出端连接所述功率放大装置的输入端；

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生装置为信号发生器；

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述红外热像装置的拍摄方向正对所述熔覆层表面。

技术总结本技术提供一种增材制造缺陷电磁热成像在线监测系统，包括：信号发生装置，周期性产生短时脉冲激励信号；功率放大装置，将所述短时脉冲激励信号进行功率放大；电磁激励装置，在功率放大后的短时脉冲激励信号驱动下产生脉冲激励电磁场，并在增材制造成形的任一层熔覆层生成过程中，沿着该层熔覆层的生成轨迹，由所述脉冲激励电磁场对该层熔覆层的新生区域进行感应加热；红外热像装置，在所述短时脉冲激励信号的触发下，获取该层熔覆层被感应加热区域的红外热像监测数据；数据处理装置，根据所述红外热像监测数据确定该层熔覆层的缺陷在线监测结果。本技术可用于增材制造成形过程中实现对熔覆层的缺陷在线监测及其层析成像显示。技术研发人员：高运来,刘建光,齐山贺,张嘉振,司瑞,彭俊阳,叶佐元受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心技术研发日：20231116技术公布日：2024/7/25