粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法及装置

技术领域

本公开涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法及装置。

背景技术

随着科技的不断发展和经济水平的不断提升，金属增材制造技术也随之发展。增材制造(Additive Manufacturing，简称AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

在粉末床熔融3D打印设备中，为得到均匀一致的打印层厚，需要严格控制扫描振镜、铺粉直线模组和基板三者之间的平行度。相关技术中，扫描振镜位置固定，铺粉直线模组位置固定，而基板是需要在每一次打印前重新换装，换装基板并调校其表面与扫描振镜和铺粉直线模组的平行度常常需要人工操作调整并消耗大量时间，同时人工操作不可避免的会带来安装偏差，造成粉末床熔融3D打印质量低的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法及装置，至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法，所述粉末床包括三个驱动机构，基板包括三个不位于同一直线上的调整位置，所述三个驱动机构与所述三个调整位置一一对应；所述方法，包括：

利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据；

基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值；

分别控制各所述驱动机构以其对应的调整值进行调整，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。

进一步地，所述基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值，包括；

基于所述表面点数据确定所述基板的表面方程；

基于所述表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的调前位置值；

将每一调整位置预设的目标位置值与所述调前位置值之间的差值，作为调整位置在第一方向上的调整值。

进一步地，所述利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据，包括：

利用线激光扫描仪沿第二方向进行M次扫描，其中，所述线激光扫描仪每一次扫描获取第三方向上N个位置的表面点数据，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，所述表面点数据包括第一方向坐标、第二方向坐标和第三方向坐标；

所述M和所述N均为大于等于10的正整数。

进一步地，在所述基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值之前，还包括：

在依次安装扫描振镜、铺粉直线模组和标准基板，并完成所述扫描振镜、所述铺粉直线模组和所述标准基板之间的平行校正之后，利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上所述标准基板的标准表面点数据；

基于所述标准表面点数据确定所述标准基板的目标表面方程；

基于所述目标表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的目标位置值。

第二方面，本公开实施例提供了一种粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置，所述粉末床包括三个驱动机构，基板包括三个不位于同一直线上的调整位置，所述三个驱动机构与所述三个调整位置一一对应；所述粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置，包括：

第一获取模块，用于利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据；

第一确定模块，用于基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值；

控制模块，用于分别控制各所述驱动机构以其对应的调整值进行调整，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。

进一步地，所述第一确定模块，包括：

第一确定单元，用于基于所述表面点数据确定所述基板的表面方程；

计算单元，用于基于所述表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的调前位置值；

第二确定单元，用于将每一调整位置预设的目标位置值与所述调前位置值之间的差值，作为调整位置在第一方向上的调整值。

进一步地，所述第一获取模块，还用于利用线激光扫描仪沿第二方向进行M次扫描，其中，所述线激光扫描仪每一次扫描获取第三方向上N个位置的表面点数据，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，所述表面点数据包括第一方向坐标、第二方向坐标和第三方向坐标；所述M和所述N均为大于等于10的正整数。

进一步地，还包括：

第二获取模块，用于在依次安装扫描振镜、铺粉直线模组和标准基板，并完成所述扫描振镜、所述铺粉直线模组和所述标准基板之间的平行校正之后，利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上所述标准基板的标准表面点数据；

第二确定模块，用于基于所述标准表面点数据确定所述标准基板的目标表面方程；

计算模块，用于基于所述目标表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的目标位置值。

第三方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法的步骤。

第四方面，本公开实施例提供了所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法的步骤。

本公开实施例中，在每次打印前换装基板时，利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据；基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值；分别控制各所述驱动机构以其对应的调整值进行调整，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。这样，能够通过驱动机构自动调整新换装的基板与铺粉直线模组平行安装，保证基板与铺粉直线模组的平行度、重复安装稳定性和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。

图1为本公开一实施例提供的粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法的流程图；

图2为本公开另一实施例提供的粉末床中扫描振镜、铺粉直线模组和基板的位置示意图；

图3为本公开另一实施例提供的粉末床中线激光扫描仪、铺粉直线模组和基板的位置示意图；

图4为本公开另一实施例提供的粉末床中基板上调整位置的位置示意图；

图5为本公开一实施例提供的粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置的结构示意图；

图6为本公开另一实施例提供的粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置的结构示意图；

图7为本公开另一实施例提供的粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本公开实施例提供一种粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法，所述粉末床包括三个驱动机构，所述基板包括三个不位于同一直线上的调整位置，所述三个驱动机构与所述三个调整位置一一对应；如图1所示，所述方法，包括：

步骤110：利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据；

步骤120：基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值；

步骤130：分别控制各所述驱动机构以其对应的调整值进行调整，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。

本公开实施例中，在每次打印前换装基板时，利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据；基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值；分别控制各所述驱动机构以其对应的调整值进行调整，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。这样，能够通过驱动机构自动调整新换装的基板与铺粉直线模组平行安装，保证基板与铺粉直线模组的平行度、重复安装稳定性和效率。

上述粉末床用于金属增材技术中以激光和电子束为能量源的金属材料粉末床熔融工艺，包括由上至下依次设置的扫描振镜、铺粉直线模组和基板，为得到均匀一致的首层打印层厚，需要严格控制扫描振镜、铺粉直线模组和基板三者之间的平行度。如图2所示，一般在设备装配时会同时调校扫描振镜端面XY方向水平，铺粉直线模组X方向水平和基板上表面XY方向水平。一旦装配完成，扫描振镜位置固定，铺粉直线模组位置固定。

基板是需要在每一次打印前重新换装，新换装的基板需要调校其上表面与扫描振镜和铺粉直线模组的平行度。

如图3所示，线激光扫描仪301设置于铺粉直线模组302上，线激光扫描仪的探头朝向基板303设置，线激光扫描仪在铺粉直线模组上沿X方向做往复运动，从而能够对基板的表面进行扫描，获取基板的表面点数据。基板用于承载待激光熔化的材料，从而形成打印后的结构。

上述驱动机构的数量为三个，每一驱动机构分别与基板一调整位置对应，用于调整基板的调整位置在Z方向上的位置。即调整位置包括调整位置1、调整位置2和调整位置3，驱动机构包括驱动机构1、驱动机构2和驱动机构3；驱动机构1与调整位置1对应，驱动机构2与调整位置2对应，驱动机构3与调整位置3对应。

具体的，基板远离线激光扫描仪的一侧还设有用于承托基板的基托板，驱动机构与基托板接触，驱动机构通过调整基托板以调整基板的调整位置在Z方向上的位置。

由于基板包括三个不位于同一直线上的调整位置，如图4所示，因此通过调整三个调整位置，能够实现对整体基板各方向角度的调节，从而满足基板与铺粉直线模组平行安装的调节要求。

在利用线激光扫描仪获取到表面点数据后，通过计算能够确定基板上各个调整位置在第一方向上所需的调整值，以使基板调整至与铺粉直线模组平行的位置。

具体的，可以是通过获取到的表面点数据了解当前基板表面的倾斜方向，进而计算与铺粉直线模组平行所需的调整角度，再进而确定该调整角度换算至各个调整位置在第一方向上的调整值；也可以是表面点数据包括基板表面各个调整位置的当前位置数据，结合与铺粉直线模组平行时各个调整位置的目标位置数据，计算得到各个调整位置在第一方向上的调整值；还可以是其他方式计算得到基板上各个调整位置在第一方向上的调整值，此处不作限定。

在确定各个调整位置在第一方向上的调整值之后，分别控制各所述驱动机构以其对应的调整值进行调整，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。

需要说明的是，本申请中的第一方向即为Z方向，第二方向即为X方向，第三方向即为Y方向。

上述驱动机构可以是伺服电机，伺服电机的输出轴伸出以提高调整位置在Z方向上的位置值，伺服电机的输出轴回缩以降低调整位置在Z方向上的位置值；当然，还可以是其他例如伸缩气缸等其他结构，此处不作限定。具体可以是利用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)控制驱动机构工作。

进一步地，所述利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据，包括：

利用线激光扫描仪沿第二方向进行M次扫描，其中，所述线激光扫描仪每一次扫描获取第三方向上N个位置的表面点数据，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，所述表面点数据包括第一方向坐标、第二方向坐标和第三方向坐标，即任一表面点数据为(X，Y，Z)；

所述M和所述N均为大于等于10的正整数。

线激光扫描仪设置于铺粉直线模组上，线激光扫描仪的探头朝向基板设置，线激光扫描仪在铺粉直线模组上沿第二方向运动，从而能够对基板的整体表面进行扫描，获取基板的表面点数据。

其中，在线激光扫描仪沿第二方向运动过程中，线激光扫描仪会对基板表面采集M次表面点数据，每一次采集位于同一直线上的N个位置的表面点数据，从而得到阵列排布的M×N个位置的表面点数据。

M次表面点数据采集时刻之间的间隔时长可以相同，也可以不同，此处不作限定。

在一可选的实施例中，所述基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值，包括；

基于所述表面点数据确定所述基板的表面方程；

基于所述表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的调前位置值；

将每一调整位置预设的目标位置值与所述调前位置值之间的差值，作为调整位置在第一方向上的调整值。

本实施例中，在获取到基板的表面点数据，利用基板的表面点数据确定出基板的表面方程，该表面方程能够体现基板表面的倾斜方向和倾斜角度，具体的，所述表面方程可以为：Z＝AX+BY+C，其中，所述Z为第一方向坐标，所述X为第二方向坐标，所述Y为第三方向坐标，所述A、B和C均为固定数值。

同一表面的M×N个位置的表面点数据均符合表面方程，即将任意位置的表面点数据的第二方向坐标X和第三方向坐标Y代入表面方程中，得到的Z与采集得到的第一方向坐标基本一致。

具体计算得到表面方程可以利用采集所得的M×N个位置的表面点数据通过最小二乘拟合出基板表面的平面方程。

在确定基板当前的表面方程后，通过将各调整位置的第二方向坐标X和第三方向坐标Y代入表面方程中，得到各个调整位置在第一方向上的调前位置值即在调整前的第一方向坐标Z。

例如：调整位置1(X

通过将每一调整位置预设的目标位置值与所述调前位置值之间的差值，作为调整位置在第一方向上的调整值，这样能够使各个调整位置在第一方向上的调后位置值即在调整后的第一方向坐标Z与目标位置值相等，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。

例如：调整位置1的目标位置为Z

上述目标位置值可以是通过线激光扫描仪对已与铺粉直线模组平行安装的基板进行调整位置的扫描，得到的各个调整位置在第一方向的目标位置值。

进一步地，当Z

在另一可选的实施方式中，在所述基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值之前，还包括：

依次安装扫描振镜、铺粉直线模组和标准基板，并完成所述扫描振镜、所述铺粉直线模组和所述标准基板之间的平行校正；

利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上所述标准基板的标准表面点数据；

基于所述标准表面点数据确定所述标准基板的目标表面方程；

基于所述目标表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的目标位置值。

上述标准基板即为已与扫描振镜和铺粉直线模组平行校正完成的。通过线激光扫描仪获取的标准基板的标准表面点数据，并基于标准表面点数据确定标准基板的目标表面方程，目标表面方程的确定方式与上述通过表面点数据确定表面方程的方式相同，此处不再赘述。

本实施方式中，目标位置值为在上述确定目标表面方程后，通过代入各调整位置的第二方向坐标X和第三方向坐标Y后，计算得到的各调整位置的第一方向坐标Z。

如图5所示，本公开实施例还提供一种粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置500，所述粉末床包括三个驱动机构，所述基板包括三个不位于同一直线上的调整位置，所述三个驱动机构与所述三个调整位置一一对应；所述粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置，包括：

第一获取模块510，用于利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上基板的表面点数据；

第一确定模块520，用于基于所述表面点数据确定所述基板上各个调整位置在第一方向上的调整值；

控制模块530，用于分别控制各所述驱动机构以其对应的调整值进行调整，以使所述基板与所述粉末床的铺粉直线模组平行安装。

进一步地，所述第一确定模块520，如图6所示，包括：

第一确定单元521，用于基于所述表面点数据确定所述基板的表面方程；

计算单元522，用于基于所述表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的调前位置值；

第二确定单元523，用于将每一调整位置预设的目标位置值与所述调前位置值之间的差值，作为调整位置在第一方向上的调整值。

进一步地，所述第一获取模块510，还用于利用线激光扫描仪沿第二方向进行M次扫描，其中，所述线激光扫描仪每一次扫描获取第三方向上N个位置的表面点数据，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，所述表面点数据包括第一方向坐标、第二方向坐标和第三方向坐标；所述M和所述N均为大于等于10的正整数。

进一步地，所述粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置，如图7所示，还包括：

第二获取模块540，用于在依次安装扫描振镜、铺粉直线模组和标准基板，并完成所述扫描振镜、所述铺粉直线模组和所述标准基板之间的平行校正之后，利用线激光扫描仪获取所述驱动机构上所述标准基板的标准表面点数据；

第二确定模块550，用于基于所述标准表面点数据确定所述标准基板的目标表面方程；

计算模块560，用于基于所述目标表面方程和各个调整位置的坐标，计算各调整位置在第一方向上的目标位置值。

本公开实施例提供的粉末床熔融3D打印中基板的安装校正装置，能够通过驱动机构自动调整新换装的基板与铺粉直线模组平行安装，保证基板与铺粉直线模组的平行度、重复安装稳定性和效率。

本公开实施例还提供一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述粉末床熔融3D打印中基板的安装校正方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。