一种基于数据分析的增材机床运行监测系统及方法

本发明涉及设备监测，具体涉及一种基于数据分析的增材机床运行监测系统及方法。

背景技术：

1、增材制造机床，通常被称为3d打印机，是专门设计用于通过增材制造技术构建三维实体的设备。与传统减材制造机床（如车床、铣床等）通过切割材料来形成零件不同，增材制造机床通过逐层添加材料来构建零件，这一过程通常基于数字3d模型。

2、选择性激光熔化（selective laser melting，简称slm）是一种先进的增材制造技术，主要用于金属零件的3d打印，它属于粉末床熔融（powder bed fusion, pbf）的一种。

3、现有的选择性激光熔化增材机床的监测方式主要将在3d打印过程中涉及的主要参数监测值与设定阈值进行比较，当主要参数监测值大于等于设定阈值时说明该项参数存在异常，即增材机床运行异常，此种方式能够对3d打印成型过程中的明显运行风险进行判断，但对于打印前的预热和打印后的表面处理不能及时发现，而且对机床运行的过程出现的运行风险不能发现，影响增材机床监测的全面性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数据分析的增材机床运行监测系统及方法，解决上述技术问题。

2、一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，包括预热过程监测模块、打印过程监测模块、产品质量监测模块、数据分析模块、状态评估模块和异常预警模块；

3、所述预热过程监测模块，用于采集在3d打印开始前打印材料预热过程中的预热参数，所述预热参数包括实时环境温度、湿度和实时预热过程中打印材料温度随时间变化数据；

4、所述打印过程监测模块包括物理参数监测单元和过程参数监测单元；

5、所述物理参数监测单元用于采集在3d打印过程中的物理参数实时数据，所述物理参数包括激光功率和扫描速度；

6、所述过程参数监测单元用于采集在3d打印过程中的过程参数实时数据，所述过程参数包括逐层构建时完成每层构建所用的时长；

7、所述产品质量监测模块，用于采集在3d打印结束后成型的产品质量参数；

8、所述数据分析模块，用于获取打印材料属性并根据打印材料属性及预热过程监测模块、打印过程监测模块和产品质量监测模块采集的参数对增材机床运行过程进行分析，分别获得预热风险系数、打印风险系数和结果风险系数；

9、所述状态评估模块，用于根据预热风险系数、打印风险系数和结果风险系数对增材机床运行风险进行评估；

10、所述异常预警模块，用于根据状态评估模块的评估结果发出相应风险预警。

11、作为本发明方案的进一步描述，所述数据分析模块获取预热风险系数的工作过程包括：

12、根据打印材料属性和实时环境温度、湿度获取3d打印开始前预热过程中打印材料温度随时间变化标准数据曲线；

13、获取预热过程中打印材料温度随时间变化实际数据曲线；

14、通过下式计算预热风险系数：

15、；

16、式中，为预热风险系数，为预热开始时间，为预热结束时间，=-。

17、作为本发明方案的进一步描述，所述数据分析模块获取打印风险系数的工作过程包括：

18、首先，根据物理参数监测单元获取的参数计算物理风险系数；

19、然后，根据过程参数监测单元获取的参数计算加工风险系数；

20、最后，根据物理风险系数和加工风险系数计算打印风险系数。

21、作为本发明方案的进一步描述，所述计算物理风险系数的工作过程包括：

22、根据打印材料属性和逐层构建时设置的层厚获取3d打印过程中激光功率随时间变化标准数据曲线和扫描速度随时间变化标准数据曲线；

23、获取3d打印过程中激光功率随时间变化实际数据曲线和扫描速度随时间变化实际数据曲线；

24、通过下式计算物理风险系数：

25、=；

26、其中，；

27、式中，是物理风险系数，是打印开始时间，是打印结束时间，=-，为激光功率扫描速度对应差别函数，、和是权重系数，为激光功率对照扫描速度函数，为标准参考值；

28、作为本发明方案的进一步描述，所述计算加工风险系数的工作过程包括：

29、通过下式计算加工风险系数：

30、；

31、式中，是加工风险系数，n为对打印3d模型进行切片处理时设置的层数，i属于n，为3d打印过程中完成第i层构建所用的时长，是预设的完成3d模型构建的时长。

32、作为本发明方案的进一步描述，述计算打印风险系数的工作过程包括：

33、将物理风险系数和加工风险系数代入下式计算打印风险系数：

34、；

35、式中，是打印风险系数，是对应的标准值，是对应的标准值。

36、作为本发明方案的进一步描述，所述数据分析模块获取结果风险系数的工作过程包括：

37、获取3d打印成型后的模型各项实际参数值，然后通过下式计算结果风险系数：

38、；

39、其中，是结果风险系数，m是需要检测的参数项数，j∈[1，m]；是第j项参数的检测值，是第j项参数的标准值，是第j项参数的参考值，是第j项参数的关联性系数。

40、作为本发明方案的进一步描述，所述状态评估模块的工作过程包括：

41、分别将预热风险系数、打印风险系数和结果风险系数与对应的设定阈值区间比较，若存在不满足设定阈值区间的风险系数，则判断增材机床运行异常；

42、否则，通过下式计算增材机床运行风险系数：

43、；

44、将与设定的增材机床运行系数阈值比较，若大于等于，则判断增材机床运行风险较高，否则，判断增材机床运行风险较低。

45、一种基于数据分析的增材机床运行监测方法，所述方法适用于所述的基于数据分析的增材机床运行监测系统。

46、本发明的有益效果：

47、本发明为通过预热过程监测模块、打印过程监测模块、产品质量监测模块分别采集增材机床在3d打印开始前打印材料预热过程中的预热参数、增材机床在3d打印过程中的物理参数和过程参数、增材机床在3d打印结束后成型的产品质量参数，对增材机床的运行进行全面监测，然后，通过数据分析模块根据采集的参数对增材机床运行过程进行分析，分别获得预热风险系数、打印风险系数和结果风险系数，最后，通过状态评估模块根据预热风险系数、打印风险系数和结果风险系数对增材机床运行风险进行评估，不仅实现对增材机床运行异常监测，还实现对增材机床运行过程中的风险进行监测。

技术特征：

1.一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，包括预热过程监测模块、打印过程监测模块、产品质量监测模块、数据分析模块、状态评估模块和异常预警模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，所述数据分析模块获取预热风险系数的工作过程包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，所述数据分析模块获取打印风险系数的工作过程包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，所述计算物理风险系数的工作过程包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，所述计算加工风险系数的工作过程包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，述计算打印风险系数的工作过程包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，所述数据分析模块获取结果风险系数的工作过程包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的增材机床运行监测系统，其特征在于，所述状态评估模块的工作过程包括：

9.一种基于数据分析的增材机床运行监测方法，其特征在于，所述方法适用于权利要求1-8任一所述的基于数据分析的增材机床运行监测系统。

技术总结本发明涉及设备监测技术领域，公开了一种基于数据分析的增材机床运行监测系统及方法，本发明为通过预热过程监测模块、打印过程监测模块、产品质量监测模块分别采集增材机床在3D打印开始前打印材料预热过程中的预热参数、增材机床在3D打印过程中的物理参数和过程参数、增材机床在3D打印结束后成型的产品质量参数，对增材机床的运行进行全面监测，然后，通过数据分析模块根据采集的参数对增材机床运行过程进行分析，分别获得预热风险系数、打印风险系数和结果风险系数，最后，通过状态评估模块根据所有系数对增材机床运行风险进行评估，不仅实现对增材机床运行异常监测，还实现对增材机床运行过程中的风险进行监测。技术研发人员：池元清,刘伟清,陈梓瀚,陈楠受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27