本發(fā)明涉及光固化成型技術領域，特別是涉及一種用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)及方法。

背景技術：

3D打印(也稱增材)制造技術，是由CAD數(shù)字模型驅動且通過特定材料采用逐層累積方式制作三維物理模型的先進制造技術。3D打印技術有多種工藝，其中頂投影SLA(光固化快速成型)是其中的典型，其制造的基本過程是：首先，通過CAD設計出三維實體模型，利用離散程序將模型進行切片處理，設計掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運動；其次，激光光束通過數(shù)控裝置控制的激光掃描器，按設計的掃描路徑照射到液態(tài)光敏樹脂表面，使表面特定區(qū)域內的一層樹脂固化，當一層加工完畢后，就生成零件的一個截面；然后，升降臺下降一層距離，刮刀涂覆系統(tǒng)在固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結在前一固化層上，多次累積逐層疊加，直至制作出整個實體造型。

然而，通常在打印過程中，可能會出現(xiàn)一些意外的問題，因未被及時發(fā)現(xiàn)而造成做件失敗，或者在做件完成之后，零件質量出現(xiàn)問題，而無法追溯出現(xiàn)問題的地方在哪里，這就對后續(xù)的生產(chǎn)造成隱患，造成成本浪費。目前，一般采用CCD相機實時監(jiān)測相應層的光路掃描，將獲得的圖像進行處理之后與期望的零件輪廓進行比較，驗證尺寸、掃描路徑等是否正常。但是采用現(xiàn)有技術獲得的圖像畸變較大，處理后還原出來的圖像與預期有差距，因此發(fā)生漏判和誤判，且在硬件部分沒有參數(shù)記錄功能，當零件質量欠佳的時候，無法追溯各參數(shù)記錄，如液位、激光功率、Z基板位置、環(huán)境溫濕度、樹脂溫度等，不能定位狀態(tài)變化的具體位置。

因此，需要一種用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)及方法，可以實時監(jiān)測做件過程并且可回溯做件過程中各參數(shù)值。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術中光固化成型過程不可實時監(jiān)測也不可回溯的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)，所述實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)包括：

用于獲取激光掃描圖像的圖像獲取裝置；

參數(shù)采集系統(tǒng)，包括實時采集光固化成型過程中所需參數(shù)的多個采集裝置，每個采集裝置對應采集一種所需參數(shù)；

圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)，分別與所述圖像獲取裝置和參數(shù)采集系統(tǒng)中的所有采集裝置相連，所述圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)用于對所述圖像獲取裝置獲取的激光掃描圖像、以及所述參數(shù)采集系統(tǒng)采集的實時參數(shù)值進行存儲和分析。

優(yōu)選的，所述圖像獲取裝置的圖像采集光路與激光掃描過程中的激光傳輸路徑同軸設置。

優(yōu)選的，所述圖像獲取裝置的圖像采集光路經(jīng)為：掃描打印面上的激光掃描圖像經(jīng)振鏡反射后，再經(jīng)半透半反鏡反射后到達圖像獲取裝置。

優(yōu)選的，所述所需參數(shù)包括：樹脂的液位高度值、激光器的激光功率值、用于掃描做件的成型工作平臺的高度位置、樹脂溫度值。

本發(fā)明提供一種用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯方法，所述實時監(jiān)測和回溯方法采用上述的用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)，包括以下步驟：

1)設定3D打印過程中各所需參數(shù)的預設閾值范圍，以及設定所要打印零件的預設圖像；

2)在每層打印過程中，通過圖像獲取裝置獲取激光掃描圖像通過參數(shù)采集系統(tǒng)實時采集各所需參數(shù)；并且通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)存儲實時采集到的各所需參數(shù)值和所述激光掃描圖像；當前層打印結束后，通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)將各實時參數(shù)值與對應所需參數(shù)的預設閾值范圍進行判斷，當實時參數(shù)值在對應所需參數(shù)的預設閾值范圍內時，進行下一層的打印，否則暫停打?。煌瑫r，通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)將激光掃描圖像與預設圖像進行判斷，當激光掃描圖像與預設圖像一致時，進行下一層的打印，否則暫停打印。

優(yōu)選的，所述激光掃描圖像包括激光掃描路徑形成的路徑圖和激光掃描后形成的層面圖。

優(yōu)選的，所述圖像獲取裝置的圖像采集光路與激光掃描過程中的激光傳輸路徑同軸設置。

優(yōu)選的，所述實時監(jiān)測和回溯方法還包括：在3D打印結束后，分析形成的打印零件的質量，并且回溯圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)所存儲的所有實時參數(shù)值和所有激光掃描圖像，進行最終分析。

如上所述，本發(fā)明的用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯方法，具有以下有益效果：其實時獲取激光掃描圖像和實時采集光固化成型過程中所需參數(shù)，并且圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)實時將獲取信息與預設的信息進行比較分析，這樣可以在做件的過程中即時發(fā)現(xiàn)問題，暫停做件，還可以實現(xiàn)零件形成后，進行做件過程的信息回溯，進行后期分析處理。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的用于光固化成型設備中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)的示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的用于光固化成型設備中的實時監(jiān)測和回溯方法的流程圖。

元件標號說明

1 激光器

2 振鏡

3 半透半反射鏡

4 圖像獲取裝置

5 圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)

6 參數(shù)采集系統(tǒng)

7 掃描打印面

S1～S7 步驟

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。

請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖中所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發(fā)明所揭示的技術內容所能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。

如圖1所示，光固化成型設備一般包括：光學掃描機構、打印平臺以及打印平臺控制機構、涂敷刮刀機構，光學掃描機構包括激光器1、振鏡2，激光器1產(chǎn)生的激光經(jīng)由振鏡2投射在掃描打印面7上。

本發(fā)明提供一種用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)，實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)包括：用于獲取激光掃描圖像的圖像獲取裝置4；本實施例中的圖像獲取裝置4可為CCD相機；

參數(shù)采集系統(tǒng)6，包括實時采集光固化成型過程中所需參數(shù)的多個采集裝置，每個采集裝置對應采集一種所需參數(shù)；

圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5；所述圖像獲取裝置4和參數(shù)采集系統(tǒng)6分別與圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5相連；使用過程中，圖像獲取裝置4將獲取到的激光掃描圖像傳送給圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5，參數(shù)采集系統(tǒng)6中的各個采集裝置將采集到得實時參數(shù)值傳輸給圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5，圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5對獲取到的激光掃描圖像、實時參數(shù)值進行存儲和分析。

本發(fā)明可實時獲取激光掃描圖像以及打印過程中所需參數(shù)的實時參數(shù)值，通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5可在打印過程中實時分析，當打印過程中出現(xiàn)問題時可即時知曉，暫停打印，避免造成更大的損失，降低生產(chǎn)成本。

為提高圖像獲取裝置4所獲取到的激光掃描圖像的精確性，圖像獲取裝置4的圖像采集光路與激光掃描過程中的激光傳輸路徑同軸設置。見圖1所示，本實施例中圖像獲取裝置4的圖像采集光路為：掃描打印面7上的激光掃描圖像經(jīng)振鏡2反射后，再經(jīng)半透半反鏡3反射后到達圖像獲取裝置4，圖像獲取裝置4的圖像采集光路與激光器發(fā)出的激光光路保證同軸，以使獲得的圖像不會發(fā)生畸變，有利于得到更加精確的分析結果。

打印過程中，上述所需參數(shù)主要包括：樹脂的液位高度值、激光器的激光功率值、用于掃描做件的成型工作平臺的高度位置、樹脂溫度值。參數(shù)的采集裝置可以為：液位傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器以及高度傳感器等。

本發(fā)明還提供一種用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯方法，其可以采用如上所述的用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)來實現(xiàn)，包括以下步驟：見圖2所示的步驟s1-s7，

1)設定3D打印過程中各所需參數(shù)的預設閾值范圍，以及設定所要打印零件的預設圖像，即步驟s1；

2)在每層打印過程中，通過圖像獲取裝置4獲取激光掃描圖像，通過參數(shù)采集系統(tǒng)6實時采集各所需參數(shù)，并且通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5存儲實時采集到的各所需參數(shù)值和激光掃描圖像，當前層打印結束后，通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5將各實時參數(shù)值與對應所需參數(shù)的預設閾值范圍進行判斷，當實時參數(shù)值在對應所需參數(shù)的預設閾值范圍內時，正常進行下一層的打印，否則暫停打印，發(fā)出警報；同時，通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5將激光掃描圖像與預設圖像進行判斷，當激光掃描圖像與預設圖像一致時，進行下一層的打印，否則暫停打印，發(fā)出警報；即步驟s2-s7。

本發(fā)明通過實時獲取激光掃描圖像以及打印過程中所需參數(shù)的實時參數(shù)值，并且通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)在打印過程中進行實時分析，當打印過程中出現(xiàn)問題時可即時知曉，并且暫停打印，避免造成更大的損失，降低生產(chǎn)成本。

為更好的進行分析判斷，上述激光掃描圖像包括激光掃描路徑形成的路徑圖和激光掃描后形成的層面圖。圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5通過路徑圖和層面圖與預設圖像進行比較分析，經(jīng)過分析比較可判斷刮刀是否刮壞零件，所打印的零件的輪廓是否與預設的一致，若零件被刮壞，輪廓不一致，則圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5即時報警，并且使光固化成型設備暫停打印。

為保證獲取的圖像不產(chǎn)生畸變，提高圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5的分析精度，上述圖像獲取裝置4的圖像采集光路與激光掃描過程中的激光傳輸路徑同軸設置。

本發(fā)明的方法還具有回溯功能，還包括：在3D打印結束后，可通過觀察來分析形成的打印零件的質量，并且回溯圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)所存儲的所有實時參數(shù)值和所有激光掃描圖像，進行最終分析。

上述步驟2)中，參數(shù)采集系統(tǒng)6實時采集各所需參數(shù)并且將采集到的各實時參數(shù)值傳輸給圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5，具體采集過程可為：參數(shù)采集系統(tǒng)在既定的參數(shù)記錄時間節(jié)點上，記錄下各實時參數(shù)值，包括掃描環(huán)境的溫濕度，樹脂液面的液面高度值，激光器的激光功率值等。上述既定的參數(shù)記錄時間節(jié)點可根據(jù)打印要求任意設定，其可設定為每層打印結束時，或者每層開始打印時，或者為每層打印中的某個時刻。

上述步驟2)中，圖像獲取裝置4獲取激光掃描圖像并且將獲取到的實時激光掃描圖像傳輸給圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5，圖像具體獲取過程為：圖像獲取裝置實時獲取當前層掃描期間的各幀圖像，具體包括激光掃描路徑形成的路徑圖以及激光掃描后形成的層面圖，對獲取的圖像進行輪廓掃描分析處理，最終將處理后的路徑圖和層面圖傳輸給圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)5。

本發(fā)明的實時監(jiān)測和回溯方法，在打印過程中將獲得的激光掃描圖像進行處理分析，判斷掃面輪廓是否正常，判斷刮刀是否刮壞件，并且全程記錄打印過程中的各種所需參數(shù)，一旦打印過程中發(fā)現(xiàn)異常，立即執(zhí)行既定的操作，即暫停做件；打印結束后，可根據(jù)零件質量，回溯所記錄的各實時參數(shù)值。

綜上所述，本發(fā)明的用于光固化成型過程中的實時監(jiān)測和回溯系統(tǒng)及方法，通過實時獲取激光掃描圖像以及打印過程中所需參數(shù)的實時參數(shù)值，并且通過圖像與參數(shù)分析系統(tǒng)在打印過程中進行實時分析，當打印過程中出現(xiàn)問題時可即時知曉，并且暫停打印，避免造成更大的損失，降低生產(chǎn)成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。