积层制造系统与方法及特征撷取方法技术方案

本发明专利技术实施例提供积层制造系统与方法及特征撷取方法。此积层制造系统包含积层制造机台、产品量测系统、原位量测系统、虚拟量测系统、补偿器、追踪计划器、控制器、模拟器和扩充实境装置。模拟器是用以发现可行的制程参数范围，而扩充实境装置是用以辅助积层制造机台的操作与维修。产品量测系统、原位量测系统和虚拟量测系统是被整合来推估积层制造机台的粉床上材料层的变异。补偿器是通过调整制程参数来补偿制程变异。产品量测系统是配置以量测工件产品的品质。原位量测系统是配置以在搜集粉床上熔池的特征数据。

A method of feature extraction and its application in the manufacturing system

【技术实现步骤摘要】
积层制造系统与方法及特征撷取方法
本专利技术是有关于一种积层制造系统与方法及特征撷取方法，且特别是有关于一种支援虚拟量测的积层制造系统与方法及特征撷取方法。
技术介绍
积层制造(AdditiveManufacturing；AM)，即俗称的3D打印，是建立数字化计算机模型文件后，通过加热金属粉末或塑胶材料，使其呈熔融可塑状态，再透过一层层堆迭以制得工件的技术。粉床熔融成型制程(PowderBedFusionProcess)是常见的积层制造技术之一，粉床熔融成型制程可例如为选择性激光熔融(SelectiveLaserMelting，SLM)制程及选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)制程。选择性激光熔融制程是将粉末状的材料铺在基材上，并利用高能量的激光照射在欲成型的位置上，以使材料熔融聚合。选择性激光烧结制程亦是利用激光照射粉末材料后，使材料烧结粘着而聚积成块，接着再铺上另一层粉末，并重复制程，直至产品成型。习知的积层制造机台缺乏(生产)线上调整机制。当积层制造机台使用固定制程数值(例如：激光功率、扫描策略、粉层厚度、扫描速度等)来进行生产时，所生产的产品品质会随着制程变化(例如：功率分布、流量控制、湿度含量等)而有所改变。习知的积层制造技术是在产品完成后才进行品质量测，以确认产品品质。然而，积层制造产品的是通过对多层粉末逐层加工而成，某一层的加工品质不良往往会影响最终产品的品质。因此，需要提出一种积层制造系统与方法及特征粹取方法，以及时得知产品的品质，而可于(生产)线上调整积层制造机台的制程参数。
技术实现思路
本专利技术的一目的是在提供一种积层制造系统与方法及特征撷取方法，借以及时得知产品的品质，而可于(生产)线上调整积层制造机台的制程参数。根据本专利技术上述目的，提出一种积层制造系统。积层制造系统，包含：积层制造机台、产品量测系统、原位量测系统和虚拟量测系统。积层制造机台是配置以制造多个工件产品，其中积层制造机台包含：粉床和熔合系统。粉床包含粉床容器，其中粉床容器中承载有一粉层。熔合系统是配置以在每一个工件产品的制造过程中将一能量束分别导向粉层上的多个粉体，以熔合此些粉体，而形成多个熔池。产品量测系统是配置以在完成工件产品后分别量测工件产品的品质，而获得工件产品的多个实际量测值。原位量测系统包含：高温计和摄影机。高温计是配置以在每一个工件产品的制造过程中对粉床的每一个熔池进行温度量测，而获得每一个工件产品的每一个熔池的温度。摄影机是配置以在每一个工件产品的制造过程中对粉床的每一个熔池进行摄影，而获得每一个工件产品的每一个熔池的影像。原位量测服务器包含：影像特征撷取装置和熔池特征处理装置。影像特征撷取装置是配置以从每一个熔池的影像中撷取出每一个熔池的长度、宽度，并对应至该每一个熔池的温度。熔池特征处理装置是配置以将每一个熔池的长度、宽度和温度转换成每一个工件产品的熔池长度特征、熔池宽度特征和熔池温度特征。虚拟量测系统是配置以根据工件产品的多组制程数据和实际量测值以及预测演算法，来预测积层制造机台在工件产品之后所处理的下一工件产品的虚拟量测值，其中制程数据包含每一个工件产品的熔池长度特征、熔池宽度特征和熔池温度特征。在一些实施例中，积层制造系统还包含：模拟器、补偿器、追踪计划器和控制器。模拟器是配置以根据工件产品的制程数据和/或实际量测值进行一模拟操作，来产生一组制程参数建议范围。补偿器是配置以根据下一工件产品的虚拟量测值来输出一组制程参数调整值。追踪计划器是配置以根据制程参数调整值、制程参数建议范围和制程参数设计值，来产生一组制程参数追踪值。控制器是配置以根据制程参数追踪值，控制并调整积层制造机台来处理下一工件产品。根据本专利技术上述目的，提出一种积层制造特征撷取方法。在此积层制造特征撷取方法中，在一工件产品者的制造过程中，对一粉床上的多个熔池进行温度量测，而获得工件产品的每一个熔池的温度；并对粉床的每一个熔池进行摄影，而获得工件产品的熔池的多个影像。接着，从此些影像撷取出每一个熔池的长度和一宽度。然后，进行一熔池特征处理操作，以将每一个熔池的长度、宽度、温度转换成工件产品的每一个熔池的熔池长度特征、熔池宽度特征和熔池温度特征。在一些实施例中，上述的熔池长度特征、熔池宽度特征和熔池温度特征包含在至少一个预设区域中的熔池的长度的一最大值、一最小值、一平均值、一变异值、一标准差、一统计数据分布的峰度(kurtosis)、一统计数据分布的偏度(skewness)、一全距(FullDistance)和/或一四分位数；在此至少一预设区域中的熔池的宽度的一最大值、一最小值、一平均值、一变异值、一标准差、一统计数据分布的峰度(kurtosis)、一统计数据分布的偏度(skewness)、一全距(FullDistance)和/或一四分位数；和在此至少一预设区域中的熔池的温度的一最大值、一最小值、一平均值、一变异值、一标准差、一统计数据分布的峰度(kurtosis)、一统计数据分布的偏度(skewness)、一全距(FullDistance)和/或一四分位数。在一些实施例中，上述的积层制造特征撷取方法还包含：由影像撷取出每一个熔池的一中心点位置；以及进行上述的熔池特征处理操作，以将每一个熔池的中心点位置转换成工件产品的熔池中心点特征。根据本专利技术上述目的，提出一种积层制造方法。在此积层制造方法中，使用积层制造机台来制造多个工件产品，其中此些工件产品分为多个第一工件产品和一第二工件产品，第二工件产品是在此些第一工件产品后被制作，制造每一个工件产品的操作包含：铺设一粉层于一粉床平台上；以及将一能量束依序导向粉层上的多个粉体，以熔合该些粉体，来形成多个熔池。然后，在完成第一工件产品后量测第一工件产品的品质，而获得第一工件产品的多个实际量测值。接着，在每一个工件产品的操作过程中对粉床的每一个熔池进行一温度量测，而获得每一个工件产品的每一个熔池的温度；并对粉床的每一个熔池进行摄影，而获得每一个工件产品的每一个熔池的影像。然后，由每一个熔池的影像撷取出每一个熔池的熔池长度和熔池宽度。接着，进行熔池特征处理操作，以将每一个熔池的熔池长度、熔池宽度、温度转换成每一个工件产品的熔池长度特征、熔池宽度特征和熔池温度特征。然后，根据第一工件产品的多组第一制程数据和实际量测值以及预测演算法，来建立一推估模型，其中第一制程数据包含每一个第一工件产品的熔池长度特征、熔池宽度特征和熔池温度特征。接着，根据第二工件产品的一组第二制程数据，来预测第二工件产品的虚拟量测值，其中第二制程数据包含第二工件产品的熔池长度特征、熔池宽度特征和熔池温度特征。在一些实施例中，上述的积层制造方法还包含：根据工件产品的多组制程数据和实际量测值进行一模拟操作，来产生一组制程参数建议范围；根据第二工件产品的虚拟量测值来输出一组制程参数调整值；根据制程参数调整值、组制程参数建议范围和一组制程参数设计值，来产生一组制程参数追踪值；以及根据制程参数追踪值控制并调整积层制造机台以处理该第二工件产品。因此，应用本专利技术实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种积层制造系统，其特征在于，包含：/n一积层制造机台，配置以制造多个工件产品，其中该积层制造机台包含：/n一粉床，包含一粉床容器，其中该粉床容器中承载有一粉层；以及/n一熔合系统，配置以在每一该些工件产品的制造过程中将一能量束分别导向该粉层上的多个粉体，以熔合该些粉体，而形成多个熔池；/n一产品量测系统，配置以在完成该些工件产品后分别量测该些工件产品的品质，而获得该些工件产品的多个实际量测值；/n一原位量测系统，包含：/n一高温计，配置以在每一该些工件产品的制造过程中对该粉床的每一该些熔池进行一温度量测，而获得每一该些工件产品的每一该些熔池的一温度；/n一摄影机，配置以在每一该些工件产品的制造过程中对该粉床的每一该些熔池进行摄影，而获得每一该些工件产品的每一该些熔池的一影像；以及/n一原位量测服务器，包含：/n一影像特征撷取装置，配置以从每一该些熔池的该影像中撷取出每一该些熔池的一长度、一宽度，并对应至该每一该些熔池的该温度；以及/n一熔池特征处理装置，配置以将每一该些熔池的该长度、该宽度和该温度转换成每一该些工件产品的一熔池长度特征、一熔池宽度特征和一熔池温度特征；以及/n一虚拟量测系统，配置以根据该些工件产品的多组制程数据和该些实际量测值以及一预测演算法，来预测该积层制造机台在该些工件产品之后所处理的一下一工件产品的一虚拟量测值，其中该些组制程数据包含每一该些工件产品的该熔池长度特征、该熔池宽度特征和该熔池温度特征。/n...

【技术特征摘要】
20181003 US 62/740,435;20190222 US 62/808,8651.一种积层制造系统，其特征在于，包含：
一积层制造机台，配置以制造多个工件产品，其中该积层制造机台包含：
一粉床，包含一粉床容器，其中该粉床容器中承载有一粉层；以及
一熔合系统，配置以在每一该些工件产品的制造过程中将一能量束分别导向该粉层上的多个粉体，以熔合该些粉体，而形成多个熔池；
一产品量测系统，配置以在完成该些工件产品后分别量测该些工件产品的品质，而获得该些工件产品的多个实际量测值；
一原位量测系统，包含：
一高温计，配置以在每一该些工件产品的制造过程中对该粉床的每一该些熔池进行一温度量测，而获得每一该些工件产品的每一该些熔池的一温度；
一摄影机，配置以在每一该些工件产品的制造过程中对该粉床的每一该些熔池进行摄影，而获得每一该些工件产品的每一该些熔池的一影像；以及
一原位量测服务器，包含：
一影像特征撷取装置，配置以从每一该些熔池的该影像中撷取出每一该些熔池的一长度、一宽度，并对应至该每一该些熔池的该温度；以及
一熔池特征处理装置，配置以将每一该些熔池的该长度、该宽度和该温度转换成每一该些工件产品的一熔池长度特征、一熔池宽度特征和一熔池温度特征；以及
一虚拟量测系统，配置以根据该些工件产品的多组制程数据和该些实际量测值以及一预测演算法，来预测该积层制造机台在该些工件产品之后所处理的一下一工件产品的一虚拟量测值，其中该些组制程数据包含每一该些工件产品的该熔池长度特征、该熔池宽度特征和该熔池温度特征。


2.根据权利要求1所述的积层制造系统，其特征在于，还包含：
一模拟器，配置以根据该些工件产品的该些组制程数据和/或该些实际量测值进行一模拟操作，来产生一组制程参数建议范围；
一补偿器，配置以根据该虚拟量测值来输出一组制程参数调整值；
一追踪计划器，配置以根据该组制程参数调整值、该组制程参数建议范围和一组制程参数设计值，来产生一组制程参数追踪值；以及
一控制器，配置以根据该组制程参数追踪值，控制并调整该积层制造机台来处理该下一工件产品。


3.根据权利要求1所述的积层制造系统，其特征在于，该熔池长度特征、该熔池宽度特征和该熔池温度特征包含在至少一预设区域中的熔池的长度的一最大值、一最小值、一平均值、一变异值、一标准差、一统计数据分布的峰度(kurtosis)、一统计数据分布的偏度(skewness)、一全距(FullDistance)和/或一四分位数；在该至少一预设区域中的熔池的宽度的一最大值、一最小值、一平均值、一变异值、一标准差、一统计数据分布的峰度(kurtosis)、一统计数据分布的偏度(skewness)、一全距(FullDistance)和/或一四分位数；和在该至少一预设区域中的熔池的温度的一最大值、一最小值、一平均值、一变异值、一标准差、一统计数据分布的峰度(kurtosis)、一统计数据分布的偏度(skewness)、一全距(FullDistance)和/或一四分位数。


4.一种积层制造方法，其特征在于，包含：
使用一积层制造机台制造多个工件产品，其中该些工件产品分为多个第一工件产品和一第二工件产品，该第二工件产品是在该些第一工件产品后被制作，制造每一该些工件产品的操作包含：
铺设一粉层于一粉床平台上；以及
将一能量束依序导向该粉层上的多个粉体，以熔合该些粉体，来形成多个熔池；
在完成该些第一工件产品后量测该些第一工件产品的品质，而获得该些第一工件产品的多个实际量测值；
在每一该些工件产品的操作过程中对该粉床的每一该些熔池进行一温度量测，而获得每一该些工件产品的每一该些熔池的一温度；
在每一该些工件产品的操作过程中对该粉床的每一该些熔池进行摄影，而获得每一该些工件产品的每一该些熔池的一影像；
由每一该些熔池的该影像撷取出每一该些熔池的一熔池长度和一熔池宽度；
进行一熔池特征处理操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩青，罗裕龙，萧宏章，王士豪，胡敏君，黄炽宏，郑芳田，
申请(专利权)人：郑芳田，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71