技术领域
[0001] 本
发明涉及一种增材制造方法，具体涉及一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法。
背景技术
[0002] 随着增材制造技术的快速发展，增材制造零件的种类也越来越多，同时对零件的
质量要求越来越高，为保证制造成本以及制造零件的可靠性，对增材制造零件进行在线检测是增材制造零件成功应用到设备中不可或缺的重要步骤，激光超声检测可实现非
接触式在线检测。
[0003]
专利号CN200910075712-《超声扫描
显微镜C扫描
相位反转图像的构建方法》公开了一种C扫相位反转图像的构建方法，设置相关数据
门与
阈值电压，判定检测
位置每一个点的正负峰值电压值是否发生相位反转，并将峰值结果转换为灰度值，并显示在屏幕上形成灰度图像。该过程能够对检测零件内部分层、气孔等
缺陷，克服了对被测目标表面平面度以及放置位置的要求高、构建图像位置不准确、构建速度慢、相位反转判定不准确等缺点。
[0004] 但是该方法属于传统接触式
超声波检测，检测时需要和被检测零件接触，并且该方法只能采用二维方式进行显示，无法识别缺陷的形状、尺寸以及缺陷位置，因此该方法无法实现增材
制造过程中的零件缺陷的在线检测。
发明内容
[0005] 为了解决
现有技术采用的传统
超声波对只能对零件缺陷进行离线检测，无法实现零件在线加工过程中的实时在线检测、在线修复问题，本发明提供了一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法。
[0006] 本发明的具体技术方案如下：
[0007] 本发明提供了一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法，包括以下具体实现步骤：
[0008] 步骤1：预制对比试
块，建立缺陷波幅值与构成图像
像素灰度值的对应关系表，并将该表上传至计算机；
[0009] 步骤2：搭建待加工零件的STL格式三维模型，并将
[0010] STL格式三维模型导入计算机进行三维显示；
[0011] 步骤3：设置活动游标；
[0012] 在STL格式的三维模型中设置活动游标，拖动活动游标可显示出STL格式的三维模型中
指定点的位置坐标值；
[0013] 步骤4：对STL格式的三维模型进行分层切片设置；
[0014] 将待加工零件按照增材制造所需的成形层厚度对STL格式的三维模型进行切片处理，切片厚度与成形层厚度一致；
[0015] 步骤5：零件在线检测及修复的增材制造过程；
[0016] 步骤5.1：增材制造熔覆头开始打印零件的第一层；激光超声波
探头按照打印路径进行探测，并将第一层中所有检测点对应的位置信息和超声波
信号反馈至计算机；
[0017] 步骤5.2：计算机将采集到的第一层中所有激光超声信号进行
数据处理得到第一层特征信号波峰值序列，采用缺陷波幅值与构成图像像素的灰度值对应表将第一层特征信号波峰值序列转换为相对应的第一层灰度值序列；
[0018] 步骤5.3：计算机通过第一层灰度值序列，将待加工零件的第一层进行三维显示；
[0019] 步骤5.4：通过三维显示的第一层图像，判断已打印的零件第一层是否有缺陷；
[0020] 若发现第一层无缺陷继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印；若发现第一层有缺陷，则将活动游标拖动到缺陷点，从而得到该缺陷点的位置信息；通过将该缺陷点的位置信息反馈给上位机控制增材制造熔覆头对缺陷点进行增材修复，直至第一层中所有缺陷点完全修复完成后，继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印，直至零件加工完成。
[0021] 进一步地，上述步骤1中预制对比试块的具体方式为；
[0022] 根据待加工零件的材料属性以及许用值范围内的缺陷大小，预制至少两个对比试块；
[0023] 至少两个对比试块的尺寸、材料与待加工零件相同；其中一个为无缺陷对比试块，其余为有缺陷对比试块；有缺陷对比试块上设有孔径相同、孔深不同的N个平底孔缺陷或设有孔径不同、孔深相同的N个平底孔缺陷。
[0024] 进一步地，上述步骤1中制定特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表的具体过程如下：
[0025] S1：激光超声检测系统对至少两个对比试块进行离线检测，得到不同对比试块的缺陷波幅值大小；
[0026] 将无缺陷对比试块的特征峰峰值大小记为F0；
[0027] 将有缺陷对比试块中的N个平底孔缺陷所对应的特征峰峰值大小，分别记为F1至FN；
[0028] S2：制定特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表，并将该表上传至计算机；
[0029] 所述特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表中：将无缺陷对比试块的特征峰峰值F0对应灰度值为X；将有缺陷对比试块中的N个平底孔缺陷所对应的特征峰峰值F1至FN对应灰度值为X+Y1至X+YN；
[0030] 其中，X≥0，灰度值X+YN≤255，X+YN≥X+Y1≥X。
[0031] 进一步地，上述步骤2的具体过程如下：
[0032] 采用三维绘图
软件搭建该待加工零件的三维模型,建立该三维模型的三维
坐标系，并对该三维模型进行网格划分，并保存为STL格式的三维模型。
[0033] 进一步地，上述三维
绘图软件为SolidWorks。
[0034] 本发明的有益效果是：
[0035] 本发明采用激光超声波，激光超声检测系统无需与待加工零件之间接触即可实现检测，避免了安全事故的发生，同时本发明的方法能够在零件制造过程中进行实时在线检测，根据返回当前检测坐标得到当前检测位置并返回到三维模型中，在界面上显示当前检测位置，通过截取当前检测点超声波信号的特征信号峰值，用不同灰度值表示特征信号峰值大小，将当前检测点的位置坐标与构成图像像素的灰度值进行一一映射在三维模型中，实现激光超声检测数据的三维
可视化显示，为零件的缺陷检测提供了有
力的保证。
[0036] 本发明中在三维模型中加入活动游标，通过灰度值对比，显示当前检测层的缺陷数量、缺陷尺寸等信息，再通过活动游标表示该处存在异常的具体位置，并返回该处的位置坐标，之后通过增材方式对缺陷进行在线修复，极大的提升了增材制造的加工效率。
附图说明
具体实施方式
[0038] 下面结合附图本发明提出的一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法进行详细介绍：
[0039] 步骤1：根据待加工零件的材料属性以及许用值范围内的缺陷大小，预制至少两个对比试块；
[0040] 其中，对比试块的尺寸、材料与待加工零件相同；其中一个为无缺陷对比试块，其余为有缺陷对比试块；有缺陷对比试块上设有孔径相同、孔深不同的N个平底孔缺陷或设有孔径不同、孔深相同的N个平底孔缺陷；
[0041] 本
实施例中：设计了四个对比试块，四个对比试块尺寸均60mmX80mmX4mm[0042] 其中，对比试块1为无缺陷对比试块；对比试块2、对比试块3、对比试块4均为有缺陷对比试块；
[0043] 对比试块2上的平底缺陷孔孔径为0.5mm，孔深度分别为：1mm、1.5mm；
[0044] 对比试块3上的平底缺陷孔孔径为0.5mm，孔深为2mm、2.5mm；
[0045] 对比试块4上的平底缺陷孔孔径为0.5mm，孔深为3mm、3.5mm；
[0046] 步骤2：激光超声检测系统对至少两个对比试块进行离线检测，得到不同对比试块的缺陷波幅值大小；
[0047] 对无缺陷对比试块进行
检测区域为10mmX10mm激光超声检测实验，当内部含缺陷时，会在超声波信号中出现缺陷波，其出现位置在始波(表面波)与底波(底面回波)之间，则在始波与底波之间设置闸门，闸门阈值为0，即闸门与零刻度线重合，将无缺陷对比试块的特征峰峰值大小记为F0；
[0048] 对有缺陷对比试块2进行为10mmX10mm激光超声检测实验(检测区域平底孔缺陷为0.5mmX1mm)，其中检测表面为预制缺陷背面，进行模拟内部缺陷检测，在始波与底波之间设置闸门，闸门幅值大小为0，即闸门与零刻度线重合，在闸门内提取缺陷波幅值F1；
[0049] 重复以上步骤分别对对比试块2的另一平底孔缺陷，以及对比试块3、对比试块4的平底孔缺陷进行激光超声检测实验，分别得到其缺陷波幅值为F2、F3、F4、F5、F6；
[0050] 将有缺陷的对比试块2、对比试块3、对比试块4中的6个平底孔缺陷所对应的特征峰峰值大小，分别记为F1至F6；
[0051] 在执行该步骤时，以下几点需要介绍：
[0052] 始波确定：在激光超声检测系统中激发的超声波信号，表面波信号(始波)最强，在始波区域设置闸门1，其中闸门1阈值为A；
[0053] 底波确定：在激光超声检测系统中，将采集到的超声波
波形采用不同的闸门分析不同类型的波，便于对检测零件进行缺陷识别。在底波(一次底面回波)区域设置闸门2,其中闸门2阈值为B；
[0054] 在始波与底波之间设置闸门，提取闸
门框选区域内的超声波峰值大小，并根据缺陷波幅值大小与灰度值的映射关系，将闸门内的特征峰峰值大小转换为灰度值。
[0055] 将检测区域内每个检测点的超声波信号转化为特征信号峰值，并将特征信号峰值按照缺陷波幅值与构成图像像素的灰度值对应表转化为灰度值，即将每个检测点的灰度值根据
机器人反馈系统反馈当前检测点的位置坐标一一输出到三维模型中，实现激光超声检测系统检测零件的三维可视化显示。
[0056] 准确的设置闸门1与闸门2确保采用闸门设置位置的准确性，能够得到正确的特征峰峰值。其中闸门幅值为F1(零件可允许缺陷大小产生的缺陷波幅值)，提取的特征信号峰值小于闸门阈值，则该点的灰度值为0，超过闸门阈值，则查询缺陷波幅值与构成图像像素的灰度值对应表得到该点的灰度值小大小。
[0057] 步骤3：制定特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表，并将该表上传至计算机；
[0058] 所述特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表中：其中，灰度值是指黑白图像中的
颜色深度，范围一般从0到255，白色为255，黑色为0；
[0059] 将无缺陷对比试块的特征峰峰值F0对应灰度值为X；
[0060] 将有缺陷对比试块中的N个平底孔缺陷所对应的特征峰峰值F1至FN对应灰度值为X+Y1至X+YN；
[0061] 其中，X≥0，灰度值X+YN≤255，X+YN≥X+Y1≥X；
[0062] 本实施例的具体做法是：将提取到的每一个超声波信号的特征峰值与构成图像像素的灰度值按照一定的方式进行一一映射。其中无缺陷试块，闸门截取峰值F0对应灰度值为0，F1对应于100、F2对应于130、F3对应于160、F4对应于190、F5对应于220、F6对应于250；从而得到特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表；
[0063] 步骤4：搭建待加工零件的三维模型；
[0064] 采用SolidWorks绘图软件搭建待加工零件的三维模型,建立该三维模型的三维坐标系，并对该三维模型进行网格划分，并保存为STL格式的三维模型；
[0065] 步骤5：模型导入；
[0066] 将STL格式的三维模型导入计算机中的实现该STL格式的三维模型的三维显示；
[0067] 步骤6：设置活动游标；
[0068] 在STL格式的三维模型中设置活动游标，拖动活动游标可显示出STL格式的三维模型中指定点的位置坐标值；
[0069] 步骤7：对STL格式的三维模型进行分层切片设置；
[0070] 将待加工零件按照增材制造所需的成形层厚度对STL格式的三维模型进行切片处理，切片厚度与成形层厚度一致；
[0071] 步骤8：零件在线检测及修复的增材制造过程；
[0072] 步骤8.1：增材制造熔覆头开始打印零件的第一层；激光超声波探头按照打印路径进行探测，并将第一层中所有检测点对应的位置信息和超声波信号反馈至计算机；
[0073] 步骤8.2：计算机将采集到的第一层中所有激光超声信号进行数据处理得到第一层特征信号波峰值序列，采用缺陷波幅值与构成图像像素的灰度值对应表将第一层特征信号波峰值序列转换为相对应的第一层灰度值序列；
[0074] 本实施例中，数据处理的具体过程是：
[0075] 如果该点峰值小于F1，则判定该处不存在缺陷，灰度值为0；
[0076] 若该点的峰值大于F1小于F2,则根据线性关系转化为对应的像素值；
[0077] 若该点的峰值大于F2小于F3，则在F2对应灰度值与F3对应的灰度值之间建立线性关系，根据该线性关系，得到该点峰值对应的构成图像像素的灰度值大小；
[0078] 若该点的峰值大于F3小于F4，则在F3对应灰度值与F4对应灰度值之间建立线性关系，根据该线性关系，得到该点峰值对应的灰度值；
[0079] 若该点的峰值大于F4小于F5，则在F4对应灰度值与F5对应灰度值之间建立线性关系，并根据该线性关系，得到该点峰值对应的灰度值；
[0080] 若该点的峰值大于F5小于F6，则在F5对应灰度值与F6对应灰度值之间建立线性关系，根据该线性关系，得到该点峰值对应的灰度值；
[0081] 若该点峰值大于F6，则在F6对应灰度值与灰度值255之间建立线性关系，根据该线性关系，得到该点峰值对应的灰度值；
[0082] 步骤8.3：计算机通过第一层灰度值序列，将待加工零件的第一层进行三维显示；
[0083] 步骤8.4：通过三维显示的第一层图像，判断第一层是否有缺陷；
[0084] 若发现第一层无缺陷继续按照步骤8.1-8.3执行第二层打印；若发现第一层有缺陷，则将活动游标拖动到缺陷点，从而得到该缺陷点的位置信息；通过将该缺陷点的位置信息反馈至上位机控制增材制造熔覆头对缺陷点进行增材修复，直至第一层中所有缺陷点完全修复完成后，继续按照步骤8.1-8.3执行第二层打印，直至零件加工完成。
