基於圖像數據的熔融沉積成型統計過程控制方法研究

《基於圖像數據的熔融沉積成型統計過程控制方法研究》是依託北京航空航天大學，由黃婷婷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於圖像數據的熔融沉積成型統計過程控制方法研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：黃婷婷
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

增材製造是近些年來迅速發展起來的製造技術，與減材製造相比，具有可製造高複雜度、同一批次多樣化產品等優勢。然而，增材製造過程中可能發生過程變異，導致製造過程處於失控狀態，從而影響產品質量，降低成品率。本項目以增材製造中的熔融沉積成型製造過程為研究對象，提出熔融沉積成型統計過程控制方法。通過採集逐層製造中的產品表面圖像數據，從產品巨觀幾何形狀、微觀缺陷兩方面提取圖像中產品質量相關信息，並針對圖像數據逐層不同的特點，提出基於非一致圖形的監控變數提取方法，並按變數的時間與空間屬性，分別進行組合多變數統計過程控制及空間統計過程控制；給出發生預警信號時的異常診斷方法。從簡單幾何形體、複雜幾何形體，到樣例產品，進行方法研究和試驗驗證。本項目的研究順應增材製造的發展趨勢，也是工程實際中迫切需要的技術方法。

結題摘要

增材製造是按照產品三維計算機輔助設計模型，逐層將材料累積起來，從而製造出產品實體的過程。近年來，增材製造技術逐漸成為製造領域的關注熱點。熔融沉積成型屬於材料擠出類製造方法，是將絲狀的熱塑性材料通過加熱線圈加熱熔化，熔化後的材料經過噴頭，以一定的壓力擠噴出來；噴頭按預設路徑沿水平方向移動，以完成一個層面的沉積；之後，工作檯按預定的增量下降一個層的厚度，再繼續熔融沉積，後一個層面與前一個層面熔結在一起；重複沉積過程，直至完成整個實體造型。 在熔融沉積成型過程中，材料、設備或製造過程等因素可能導致過程變異，從而導致產品的變形、過充或欠充等缺陷的發生，造成產品質量下降。因此，需要對熔融沉積成型的製造過程進行監控，及時發現製造過程的變異，進行診斷和修正，使製造過程恢復到正常狀態，從而提高生產率並減少不必要的人力物力資源的浪費。 本項目以增材製造中的熔融沉積成型製造過程為研究對象，分析影響產品質量的關鍵參數，研究最最佳化參數設定方案，針對產品質量參數和製造過程參數，提出製造過程監控方法，包括基於剖面數據的製造過程監控方法、基於圖像數據的製造過程監控方法，基於力學性能的製造過程監控方法，以及基於溫度場的製造過程監控方法。研究了熔融沉積成形幾何質量線上檢測方法，以及考慮到質量可靠性鏈，設備退化對製造過程中產品的影響，研究了製造設備性能退化分析方法。 本項目研究成果包括：提出了基於圖像數據變視窗缺陷監控的統計過程控制方法，基於圖像數據及給定區間誤警率的統計過程監控方法，基於力學性能的累積和監控方法，基於力學性能的動態累積和監控方法，基於溫度場的製造過程監控方法，以及基於機器視覺的熔融沉積成型幾何質量線上檢測方法。研究成果有望套用於熔融沉積成型製造過程的監控中，及時發現製造過程中的失控狀態，診斷並修正問題，從而確保產品質量，並有望推廣於其它類型的增材製造的過程監控中。