熔化极气体保护焊3D增材修补装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种熔化极气体保护焊3D增材修补装置，该装置包括控制器、四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器、夹具和熔化极焊炬；该修补方法包括：将缺陷工件安装在修补工作台上；驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓；控制器重建缺陷的三维轮廓；确定具体的焊接参数；控制器驱动近红外视觉传感器对熔池进行扫描，获取熔池图像的时频参数，并根据熔池图像的时频参数生成补偿控制代码，实时修正设定的焊接参数；修补结束后，再次驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓，确定修补后的工件是否达标，若不达标，则对缺陷进行再次修补，直到缺陷修补达标为止。本实用新型专利技术的结构简单、操作方便、可靠性高、适应性强。

【技术实现步骤摘要】
熔化极气体保护焊3D增材修补装置
本技术涉及增材修补
，尤其涉及一种用于熔化极气体保护焊的3D增材修补装置。
技术介绍
现有的增材修补方法主要有激光融覆、电弧堆焊、电涂镀、热喷涂技术等。激光融覆技术是利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。电弧堆焊是利用焊条或电极熔敷在基材表面进行堆焊。电涂镀技术是利用直流电通过电解液时发生电化学反应,实现金属在镀件表面上沉积。热喷涂是利用某种热源将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。以上修补方法都有一定的局限性，其中激光融覆技术会导致过渡区应力集中；电涂镀技术存在涂层结合强度和本身强度不足的问题；电弧堆焊技术和热喷涂技术的热影响区大，易造成工件变形。另外，上述修补技术在修补前未能精确地得到缺陷轮廓参数，导致修补后的工件仍然存在一定缺陷，修补效果不理想。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方便、可靠性高、适应性强的熔化极气体保护焊3D增材修补装置。本技术的另一目的在于，提供一种基于上述修补装置的修补方法。本技术的目的通过下述技术方案实现：一种熔化极气体保护焊3D增材修补装置，其主要包括控制器、位于修复工位上方的四轴联动平台、以及设置在联动平台上用于获取工件的缺陷轮廓三维信息的激光视觉传感器、用于获取熔池状态信息的红外视觉传感器、夹具和熔化极焊炬。所述控制器与四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器和熔化极焊炬连接，用于控制各部件协调工作。具体的，所述控制器与四轴联动平台连接，控制熔化极焊炬在三个方向上的移动及水平方向的转动，使熔化极焊炬在焊接平台上以最合适的位置和角度对缺陷进行修补。所述控制器与激光视觉传感器连接，用于驱动激光视觉传感器并获取缺陷的三维轮廓，控制器根据获取的数据对缺陷的三维轮廓进行重建，生成最优控制代码。所述控制器与红外视觉传感器连接，用于驱动红外视觉传感器并获取熔池的实时图像时频参数，在修补过程中，根据熔池状态实时调整修补参数，获得更好的修补效果。所述控制器与熔化极焊炬电连接，用于控制熔化极焊炬的电流大小及保护气体的流量。所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与熔化极焊炬固定，四轴联动平台通过夹具带动熔化极焊炬移动和转动，调整到合适的焊接位置。具体的，所述熔化极焊炬包括焊炬本体、焊丝盘、送丝滚轮、导电嘴和保护罩。所述焊炬本体固定安装在夹具上。所述焊丝盘安装在焊炬本体的末端，送丝滚轮设置在焊丝盘与焊炬本体之间，缠绕在焊丝盘上的填充焊丝依次穿过送丝滚轮、焊炬本体和导电嘴，并从导电嘴中凸出。所述保护罩安装在焊炬本体的另一端，所述导电嘴安装在保护罩内，与保护罩之间留有间隙，保护气体从该间隙中流过，在焊接时可以避免熔化的金属被氧化，影响焊接效果。在焊接时，保护气体从上往下进入间隙，将导电嘴、填充焊丝和焊接位置覆盖，形成保护区。填充焊丝与工件之间通过放电形式形成电弧，填充焊丝和缺陷位置附近的金属在电弧的作用下熔化，形成熔池，待熔池冷却后填充焊丝便成为工件的一部分，完成工件缺陷的增材修补。优选的，所述保护罩的厚度要小于导电嘴的厚度，这样可以节省材料，减轻焊接的重量。作为本技术的优选方案，由于电弧焊的焊接电流较大，为了避免对外界造成干扰或伤害，所述保护罩采用塑料材质制成，塑料材质可以使熔化极焊接的焊嘴与外界绝缘，起到保护作用。具体的，所述四轴联动平台用于控制熔化极焊炬的位置并调整熔化极焊炬的焊接角度，其组成主要包括沿X轴方向运动的X轴移动单元、沿Y轴方向运动的Y轴移动单元、沿Z轴方向运动的Z轴移动单元和绕垂直于工件的转轴旋转的A轴转动单元。所述X轴移动单元固定在修补平台上，位于修补工位的上方，Y轴移动单元安装在X轴移动单元上，Z轴移动单元安装在Y轴移动单元上，A轴转动单元安装在Z轴移动单元上，可相对Z轴移动单元水平转动。所述A轴转动单元与夹具固定连接，带着熔化极焊炬水平转动，用于调整熔化极焊炬的焊接角度。作为本技术的优选方案，所述红外视觉传感器采用波长较短的近红外线作为视觉传感器的光源。与远红外线相比，近红外线探测的深度较深，获取的信息量较多。由于电弧焊在焊接过程中会产生电弧的辐射光干扰，选用近红外视觉传感器可以滤去电弧的弧光干扰，提高熔池图像的成像质量。优选的，本技术优先采用波长约为950纳米的近红外光源。作为本技术的优选方案，所述控制器采用抗干扰能力强、工作稳定可靠、连续工作时间长的工业控制计算机。本技术的另一目的通过下述技术方案实现：一种熔化极保护焊3D增材修补装置的修补方法，该修补方法主要包括如下步骤：步骤S1:将缺陷工件安装在修补工作台上；将激光视觉传感器、近红外视觉传感器安装在四轴(X-Y-Z-A轴)联动控制平台的Z轴移动单元上，将熔化极保护气体焊焊炬安装在A轴旋转单元上。步骤S2:驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓；安装完毕后，首先配合四轴联动平台将熔化极焊炬移动到相应位置，在控制器的控制下，驱动激光视觉传感器扫描缺陷(复杂几何形状)轮廓得到结构光信号。步骤S3:控制器接受激光视觉传感器的反馈信号，重建缺陷的三维轮廓；根据激光视觉传感器的工作原理，传感器内半导体激光发射源发出一束平行的激光。该激光束射在工件缺陷的轮廓表面上，其表面光源信息被传感器内的CMOS相机检测到，利用三角测量原理，在控制器中可以得到精确的缺陷轮廓结构光信号。控制器获取激光视觉传感器反馈的缺陷轮廓结构光信号，利用三维重建的方法建立缺陷三维模型。步骤S4:根据缺陷的三维轮廓数据生成控制代码，确定具体的焊接参数；控制器将重建的缺陷三维模型与原始的零件模型参数作对比，确定要修补的具体参数并生成相应的控制代码。控制器根据生成的控制代码驱动四轴联动平台控制熔化极焊炬移动到指定的位置，然后通过控制代码确定熔化极气体保护焊焊炬的焊接参数。该焊接参数主要包括焊接的位置、焊接电流、焊接速度和送丝速度等等。步骤S5:修补过程中，控制器驱动近红外视觉传感器对熔池进行扫描，获取熔池图像的时频参数(包括时域、频域信息)，并根据熔池图像时频参数生成补偿控制代码，实时修正设定的焊接参数。焊接时，控制器根据重建的缺陷三维轮廓确定修补方案，驱动四轴联动平台定位到焊接的位置，并通过A轴转动单元调整焊炬的焊接角度来完成特殊、复杂缺陷的修补工作。步骤S6:针对电弧堆焊后修复试件表面出现的热变形，在完成初次修补后，再次驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓，确定修补后的工件是否达标，若不达标，则对缺陷进行再次修补，直到缺陷修补达标为止。作为本技术的优选方案，在焊接时，当缺陷的位置和形状较为复杂，可以通过驱动A轴转动单元调整熔化极焊炬的焊接夹角来完成缺陷修补，采用该方法可以进一步提高修补效率，克服现有技术的不足。本技术所提供的修补装置可以安装在机器人末端或龙门架的机架上，配合机器人或龙门架的运动定位到相应位置，用于修复不同场合下的缺陷试件或者需要修补维护的设备。本技术的工作过程和原理是：本技术利用激光视觉传感器扫描工件上的缺陷，将获得的三维轮廓光信号传送给控制器；控制器根据结构光信号重建缺陷的三维轮廓，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔化极气体保护焊3D增材修补装置，其特征在于，包括控制器、位于修复工位上方的四轴联动平台、以及设置在联动平台上用于获取工件的缺陷轮廓三维信息的激光视觉传感器、用于获取熔池状态信息的红外视觉传感器、夹具和熔化极焊炬；所述控制器分别与四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器和熔化极焊炬连接；所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与熔化极焊炬固定；所述熔化极焊炬包括焊炬本体、焊丝盘、送丝滚轮、导电嘴和保护罩；所述焊炬本体安装在夹具上，所述焊丝盘安装在焊炬本体的一端，送丝滚轮位于焊丝盘与焊炬本体之间，所述保护罩安装在焊炬本体的另一端，导电嘴安装在保护罩内，与保护罩之间留有间隙。

【技术特征摘要】
1.一种熔化极气体保护焊3D增材修补装置，其特征在于，包括控制器、位于修复工位上方的四轴联动平台、以及设置在联动平台上用于获取工件的缺陷轮廓三维信息的激光视觉传感器、用于获取熔池状态信息的红外视觉传感器、夹具和熔化极焊炬；所述控制器分别与四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器和熔化极焊炬连接；所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与熔化极焊炬固定；所述熔化极焊炬包括焊炬本体、焊丝盘、送丝滚轮、导电嘴和保护罩；所述焊炬本体安装在夹具上，所述焊丝盘安装在焊炬本体的一端，送丝滚轮位于焊丝盘与焊炬本体之间，所述保护罩安装在焊炬本体的另一端，导电嘴安装在保护罩内，与保护罩之间留有...

【专利技术属性】
技术研发人员：高向东，蓝重洲，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东,44