一种增材制造熔深在线检测和控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种增材制造熔深在线检测和控制系统，其中，根据工艺参数通过焊接组件对一待焊接部位进行焊接；处理模块接收红外图像采集装置采集熔池红外图像，对熔池图像进行图像处理，获取熔池部位的熔宽和熔深方向的最大温差；建立理论熔深计算模型，将计算参数输入理论熔深计算模型，获取理论熔深；将理论熔深、熔宽和熔深方向的最大温差输入训练好的人工神经网络，人工神经网络输出实际熔深；计算实际熔深与预设需求熔深的差值，当差值超过预设范围，根据差值调整工艺参数，然后对下一待焊接部位焊接。实现了在线实时检测焊接熔深，在线实时控制焊接熔深，实现了智能化增材制造，自动化程度高。

An on-line measurement and control system for penetration depth

The invention discloses an increase in material manufacturing penetration of online detection and control system, which, according to the parameters of a component to be welded by welding parts welding; the processing module receives the infrared image acquisition device of infrared image of molten pool, image of weld pool image processing, obtain the maximum temperature difference of molten pool width and position the penetration direction; establish deep theoretical calculation model will melt, calculation of deep model parameter input theory fusion, obtain theory penetration; the maximum temperature difference input the trained artificial neural network theory, penetration depth, width and penetration direction of the artificial neural network output the actual penetration; calculating a difference between actual penetration and presupposition the demand penetration, when the value exceeds the preset range, according to the difference between the adjustment of process parameters, and then to the next to the welding position of welding. The on-line real-time detection of welding depth and on-line real-time control of weld penetration have been realized, and intelligent material increasing is realized, and the degree of automation is high.

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造熔深在线检测和控制系统
本专利技术涉及焊接熔深检测和控制领域，尤其是涉及一种增材制造熔深在线检测和控制系统。
技术介绍
增材制造概念的提出始于20世纪80年代后期，我国则于90年代初开始研究。经过短短20余年的时间，这一技术已取得了飞速发展，在航空航天、微纳制造、生物医学工程等诸多领域的应用前景十分广阔。电弧增材制造中的熔深量是关系到焊接质量的一个重要参数。研究在线实时控制熔深，对于增材制造自动化、智能化发展意义重大。一种超声相控阵测量U肋焊缝熔深的方法和一种超声测熔深检测系统公开了利用超声波检测焊缝熔深的方法，但超声波检测需要装置与工件接触，影响产品尺寸精度；同时，随焊缝位置移动，装置也需要移动，难于实现过程同步，智能化制造困难。一种焊缝熔深检测方法公开了利用磁感应信号变化检测熔深的方法，此方法很难用于高温焊缝检测。目前，还没有出现一种能很好在线实时检测和在线实时控制焊缝熔深的系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种增材制造熔深在线检测和控制系统，解决现有技术中的上述技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种增材制造熔深在线检测和控制系统，包括：处理模块、焊接组件、红外图像采集装置、无线收发组件、位姿调整组件；所述焊接组件包括焊接控制器、焊接设备；所述无线收发组件包括无线发射装置、无线接收装置；所述位姿调整组件包括位姿控制器、电动推杆、角度调整机构；所述处理模块和所述焊接控制器、所述红外图像采集装置、所述无线接收装置、所述位姿控制器电性连接；所述焊接控制器和所述焊接设备电性连接；所述红外图像采集装置和所述无线发射装置电性连接；所述位姿控制器和电动推杆、角度调整机构电性连接；所述焊接设备对待焊接部位进行焊接，所述焊接控制器控制所述焊接设备的启停、焊接电流、焊接电压；所述红外图像采集装置采集红外熔池图像；所述处理模块分析处理红外熔池图像并控制焊接；所述电动推杆和所述红外图像采集装置连接，驱动所述红外图像采集装置沿着电动推杆方向伸缩运动；所述角度调整机构驱动红外图像采集装置摆动；所述位姿控制器控制电动推杆和角度调整机构；所述无线发射装置无线发射红外图像采集装置采集的图像信息。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：焊接设备对待焊接部位进行焊接，红外图像采集装置采集待焊接部位焊接后的红外图像，处理模块分析红外图像获取焊接熔深并向焊接控制器发送指令控制焊接设备焊接，使得焊接熔深达到预设需求熔深；位姿调整组件调节红外图像采集装置的位置和角度，方便红外图像采集装置采集图像；红外传感器感测焊接设备温度，当焊接设备温度超过预设值时，处理模块控制报警器报警，向水冷装置控制器发送指令，水冷装置控制器控制水冷装置冷却焊接设备；红外图像采集装置采集的图像信息可通过无线发射装置发射，无线接收装置接收无线发射装置发射的信息，并传递给处理模块，防止在红外图像采集装置和处理模块的连接断开时，无法发送图像给处理模块；温度传感器感测环境温度，在控制焊接设备的焊接电流、焊接电压时，需要考虑环境温度；处理模块对熔池图像进行分析处理，建立理论熔深计算模型，获取理论熔深，利用人工神经网络获取实际熔深，做到在线实时检测焊接熔深；当焊接实际熔深和预设需求熔深的差值超过预设范围时，调整工艺参数，再对后续待焊接部位进行焊接，实现了在线实时控制焊接熔深，实现了智能化增材制造；本专利技术的增材制造熔深在线检测和控制系统自动化程度高，可以自动检测、控制熔深，使用方便，智能化程度高。附图说明图1是本专利技术提供的一种增材制造熔深在线检测和控制系统控制图；图2是图1中处理模块的架构图。附图中：1、处理模块，2、焊接组件，3、红外图像采集装置，4、无线收发组件，5、位姿调整组件，6、服务器，7、存储器，8、电源，9、显示屏，10、报警器，21、焊接控制器，22、焊接设备，23、红外传感器，24、水冷装置控制器，25、水冷装置，26、温度传感器，41、无线发射装置，42、无线接收装置，51、位姿控制器，52、电动推杆，53、角度调整机构。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种增材制造熔深在线检测和控制系统，包括：处理模块1、焊接组件2、红外图像采集装置3、无线收发组件4、位姿调整组件5；焊接组件2包括焊接控制器21、焊接设备22；无线收发组件4包括无线发射装置41、无线接收装置42；位姿调整组件5包括位姿控制器51、电动推杆52、角度调整机构53；处理模块1和焊接控制器21、红外图像采集装置3、无线接收装置42、位姿控制器51电性连接；焊接控制器21和焊接设备22电性连接；红外图像采集装置3和无线发射装置41电性连接；位姿控制器51和电动推杆52、角度调整机构53电性连接；焊接设备22对待焊接部位进行焊接，焊接控制器21控制焊接设备22的启停、焊接电流、焊接电压；红外图像采集装置3采集待焊接部位焊接后的红外图像；处理模块分析处理红外熔池图像并控制焊接；电动推杆52和红外图像采集装置3连接，驱动红外图像采集装置3沿着电动推杆52方向伸缩运动；角度调整机构53驱动红外图像采集装置3摆动；优选的，角度调整机构53为摆动气缸；位姿控制器51控制电动推杆52和角度调整机构53；无线发射装置41无线发射红外图像采集装置3采集的图像信息。上述技术方案中，焊接组件2还包括：红外传感器23、水冷装置控制器24、水冷装置25和温度传感器26，处理模块1和红外传感器23、水冷装置控制器24、温度传感器26电性连接；水冷装置控制器24和水冷装置25电性连接；温度传感器26感测环境温度；红外传感器23感测焊接设备22温度；水冷装置25设于焊接设备22内部并用于冷却焊接设备22，水冷装置控制器24控制水冷装置25。上述技术方案中，增材制造熔深在线检测和控制系统还包括服务器6、存储器7、电源8、显示屏9、报警器10，处理模块1与服务器6通信，处理模块1和存储器7电性连接，电源8给处理模块1供电，处理模块1和显示屏9电性连接，显示屏9为触摸显示屏，处理模块1和报警器10电性连接，报警器10为声光报警器。上述技术方案中，红外图像采集装置3外部设有保护外壳，保护外壳防高温。上述技术方案中，处理模块1包括：焊接控制模块：用于根据工艺参数控制焊接组件对一待焊接部位进行焊接；图像获取与处理模块：用于接收红外图像采集装置采集的熔池图像，对所述熔池图像进行图像处理，获取所述熔池图像的形貌信息、温度分布信息、像素值；建立温度值和像素值的第一对应关系，建立距离值和像素值的第二对应关系；根据所述第一对应关系和所述第二对应关系获取熔池部位的熔宽和熔深方向的最大温差；理论熔深计算模块：用于建立理论熔深计算模型，将计算参数输入所述理论熔深计算模型，获取理论熔深；实际熔深计算模块：用于将所述理论熔深、熔宽和熔深方向的最大温差输入训练好的人工神经网络，人工神经网络输出实际熔深；工艺参数调整模块：用于计算所述实际熔深与预设需求熔深的差值，当差值处于预设范围内，对下一待焊接部位依次执行焊接控制模块、图像获取与处理模块、理论熔深计算模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造熔深在线检测和控制系统，其特征在于，包括：处理模块、焊接组件、红外图像采集装置、无线收发组件、位姿调整组件；所述焊接组件包括焊接控制器、焊接设备；所述无线收发组件包括无线发射装置、无线接收装置；所述位姿调整组件包括位姿控制器、电动推杆、角度调整机构；所述处理模块和所述焊接控制器、所述红外图像采集装置、所述无线接收装置、所述位姿控制器电性连接；所述焊接控制器和所述焊接设备电性连接；所述红外图像采集装置和所述无线发射装置电性连接；所述位姿控制器和电动推杆、角度调整机构电性连接；所述焊接设备对待焊接部位进行焊接，所述焊接控制器控制所述焊接设备的启停、焊接电流、焊接电压；所述红外图像采集装置采集红外熔池图像；所述处理模块分析处理红外熔池图像并控制焊接；所述电动推杆和所述红外图像采集装置连接，驱动所述红外图像采集装置沿着电动推杆方向伸缩运动；所述角度调整机构驱动红外图像采集装置摆动；所述位姿控制器控制电动推杆和角度调整机构；所述无线发射装置无线发射红外图像采集装置采集的图像信息。

【技术特征摘要】
1.一种增材制造熔深在线检测和控制系统，其特征在于，包括：处理模块、焊接组件、红外图像采集装置、无线收发组件、位姿调整组件；所述焊接组件包括焊接控制器、焊接设备；所述无线收发组件包括无线发射装置、无线接收装置；所述位姿调整组件包括位姿控制器、电动推杆、角度调整机构；所述处理模块和所述焊接控制器、所述红外图像采集装置、所述无线接收装置、所述位姿控制器电性连接；所述焊接控制器和所述焊接设备电性连接；所述红外图像采集装置和所述无线发射装置电性连接；所述位姿控制器和电动推杆、角度调整机构电性连接；所述焊接设备对待焊接部位进行焊接，所述焊接控制器控制所述焊接设备的启停、焊接电流、焊接电压；所述红外图像采集装置采集红外熔池图像；所述处理模块分析处理红外熔池图像并控制焊接；所述电动推杆和所述红外图像采集装置连接，驱动所述红外图像采集装置沿着电动推杆方向伸缩运动；所述角度调整机构驱动红外图像采集装置摆动；所述位姿控制器控制电动推杆和角度调整机构；所述无线发射装置无线发射红外图像采集装置采集的图像信息。2.如权利要求1所述的增材制造熔深在线检测和控制系统，其特征在于，所述焊接组件还包括：红外传感器、水冷装置控制器、水冷装置和温度传感器，所述处理模块和所述红外传感器、所述水冷装置控制器、所述温度传感器电性连接；所述水冷装置控制器和所述水冷装置电性连接；所述温度传感器感测环境温度；所述红外传感器感测焊接设备温度；所述水冷装置设于焊接设备内部并用于冷却焊接设备，所述水冷装置控制器控制所述水冷装置。3.如权利要求2所述的增材制造熔深在线检测和控制系统，其特征在于，所述处理模块包括：焊接控制模块：用于根据工...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏卫生，龚福建，万柴志，杨帅，夏盼盼，黄增涛，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42