一种在线逐层检测的增减材复合制造方法技术

本发明专利技术属于智能化复合增减材制造领域，并公开了一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其包括：1)建立待成形零件的三维模型并转换成STL模型，对STL模型进行切片，并获得各层的理论形貌数据，预设每层的增材加工路径以及减材加工路径；2)按照当前层的增材加工路径熔覆成形形成多个熔覆道，多个熔覆道构成当前熔覆层，在熔覆成形同时实时采集熔覆道截面形貌信息，并进行数据处理，得到当前熔覆层形貌以辅助规划增减材路径；3)重复步骤2)完成各层的熔覆成形进而完成整个零件的制造。本发明专利技术解决了以往制造和测量分离，无实时反馈，制造过程存在偏差的问题，提高了制造效率和制造精度，适应于逐层成形的增材制造。

A compound manufacturing method based on online and on layer detection

The invention belongs to the field of intelligent compound material adding and reducing material manufacturing, and discloses a composite manufacturing method of increasing and reducing material by layer by layer detection. It includes: 1) establishing the three-dimensional model of the parts to be formed and converting it into STL model, slicing the STL model, obtaining the theoretical profile data of each layer, and presupposition the processing path of each layer. And the path of cutting material processing; 2) multiple cladding channels are formed according to the cladding forming process of the current layer of material increasing processing path, and multiple cladding channels constitute the current cladding layer, and the information of the section morphology of the cladding channel is collected in real time at the same time in the cladding forming, and the data processing is carried out, and the current cladding layer is obtained to assist the planning and decrease of the material path; 3) repeat step 2 Complete the cladding forming of each layer and complete the whole parts manufacturing. The invention solves the problem of manufacturing and measuring separation in the past, without real time feedback, and there is a deviation in the manufacturing process, which improves the manufacturing efficiency and manufacturing precision, and is adapted to the layer by layer forming.

【技术实现步骤摘要】
一种在线逐层检测的增减材复合制造方法
本专利技术属于智能化复合增减材制造领域，更具体地，涉及一种在线逐层检测的增减材复合制造方法。
技术介绍
增材制造技术(AdditiveManufacturing)是一种基于三维模型的自下而上的直接快速堆积成形技术，以其特有的产品设计研发周期短、生产效率高、以及可成形复杂零件等优势，在航空航天、舰船汽车、武器装备及生物医疗等领域均具有巨大应用前景。丝材增材制造技术是指采用高能束热源，如电弧、激光、电子束等，将丝状原材料融化，然后按设定的成形路径层层堆积直至成形完成。由于丝材直径远远大于粉末的尺寸，所以丝材增材制造的尺寸误差也会远远大于粉末增材制造。另外，增材制造时材料以熔融状态进行层层堆积，过程状态不稳定，难以精确控制零件的几何精度和边缘形状，同时也容易产生内部缺陷，增材制造对过程中的工艺参数的变化十分敏感，任何参数的改变都有可能会影响成形过程的稳定性、成形件表面质量和尺寸精度。因此，在线的实时监测以及控制系统必不可少。专利CN106425490A公开了一种复合增减材制造加工设备和方法，其在增材过程完成后，通过三维测量装置，测量零件的轮廓信息，与理论三维模型对比得到误差，再进行减材加工，最终得到带实际轮廓和理论三维模型误差在一定范围内的零件；专利CN106338521A公开了一种增材制造表面及内部缺陷复合检测方法及装置，该装置采用两个COMS相机，一个用于采集在增材制造完成后，利用线激光器扫描表面轮廓的图像，得到形貌三维尺寸，另一个用于采集焊道表面形貌，进行基于向量机的表面缺陷检测与分类。上述两种形貌测量方案均为在增材制造完成以后，进行三维形貌测量，增加了工序，影响了复合增减材的制造效率。此外，还有一些其他的检测方法，其通常是在零件完成以后，通过三坐标机、轮廓扫描仪等设备得到零件的整体尺寸数据，将之得到的数据与理论CAD模型数据比对得到误差分析，再进行铣削修整，若尺寸误差较大或者在某一环节出现问题导致产生内部缺陷，则需要对零件做局部去除和再制造，严重甚至会导致零件无法使用、报废等。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其通过逐道逐层检测可得到熔覆道形貌以及熔覆层形貌，并可以与理论形态进行比对，实施过程形状、尺寸和表面缺陷的监控和反馈，充分利用了增材制造逐层制造及数字化成形的特点，解决了以往制造和测量分离，无实时反馈，制造过程存在偏差的问题，提高了制造效率和制造精度，适应于逐层成形的增材制造。为实现上述目的，本专利技术提出了一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其该方法包括如下步骤：(1)建立待成形零件的三维模型并转换成STL模型，对所述STL模型进行切片以获得多个层，并获得各层的理论形貌数据，预设每层的增材加工路径以及减材加工路径；(2)按照当前层的增材加工路径熔覆成形以形成多个熔覆道，多个熔覆道构成当前熔覆层，在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据，动态调整增减材规划轨迹；(3)重复步骤(2)完成各层的熔覆成形进而完成整个零件的制造。作为进一步优选的，所述在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据动态调整增减材规划轨迹具体为：将实时采集的熔覆道的截面形貌信息进行处理和转换以获得熔覆道实际截面图像，提取熔覆道实际截面图像的轮廓尺寸信息，并与熔覆道截面图像的理论轮廓尺寸信息进行比较，当出现不平滑的锯齿状或凹陷的连续截面数量大于预设阈值时，记录并标记这些截面作为表面缺陷，并在后续增减材过程中去除；根据熔覆道实际截面图像的轮廓尺寸信息结合当前层的增材加工路径，获得当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，根据当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，并结合当前层的理论高度尺寸及理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造。作为进一步优选的，根据当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，并结合当前层的理论高度尺寸及理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造具体为：首先根据当前熔覆层的实际高度尺寸结合当前层的理论高度尺寸对当前层进行增减材制造，然后根据当前熔覆层的实际轮廓尺寸结合当前层的理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造。作为进一步优选的，所述根据当前熔覆层的实际高度尺寸结合当前层的理论高度尺寸对当前层进行增减材制造具体为：首先，将记录并标记的表面缺陷去除，然后重新对去除部位进行熔覆成形，再计算当前层的实际高度尺寸与理论高度之间的偏差，判断该偏差是否在正负阈值范围内，若偏差大于正阈值，则对当前层的上表面进行减材制造以去除多余部分，若偏差小于负阈值，则按该层的增材加工路径对当前层的上表面进行增材制造以熔覆缺少的高度。作为进一步优选的，所述根据当前熔覆层的实际轮廓尺寸结合当前层的理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造具体为：将当前层的实际轮廓尺寸与当前层的理论轮廓尺寸进行比较，若当前层的实际轮廓尺寸小于当前层的理论轮廓尺寸，进行增材制造以补上空缺，然后根据预设的当前层的减材加工路径进行减材制造；若当前层的实际轮廓尺寸大于当前层的理论轮廓尺寸，则进行减材制造以去除多余部分，然后根据预设的当前层的减材加工路径进行减材制造；若当前层的实际轮廓尺寸等于当前层的理论轮廓尺寸，则直接根据预设的当前层的减材加工路径进行减材制造。作为进一步优选的，将实时采集的熔覆道的截面形貌信息进行处理和转换以获得熔覆道实际截面图像具体为：(1)将标定物至于增减材复合制造系统的机床坐标系中，得到标定物的n个特征点在机床坐标系中的坐标(Xi，Yi，Zi)，i＝1、2、…、n，同时通过传感器采集得到这些特征点在传感器坐标系中对应的坐标(ui，vi)，i＝1、2、…、n；(2)建立机床坐标系与传感器坐标系两者之间的转换模型：其中：α、β和γ分别为机床坐标系中X、Y、Z轴转换至传感器坐标系中需旋转的角度；T＝[Tx,Ty,Tz]T，Tx、Ty、Tz分别为机床坐标系中X、Y、Z轴转换至传感器坐标系中需平移的距离；S为缩放系数；(3)将采集的n个特征点在两个坐标系中的对应坐标(Xi，Yi，Zi)、(ui，vi)带入转换模型中，解得标定结果S、R和T；(4)获取传感器实时采集到的熔覆道截面图像中所有点的坐标，根据已知标定结果S、R和T及转换模型即可转换获得所有点在机床坐标系中对应的坐标，进而转换获得熔覆道实际截面图像。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术在熔覆成形的同时，实时采集当前熔覆道以及熔覆层的形貌数据信息，并实时传输至上位机进行处理，以实现实时分层检测以及校对每层的轮廓特征和形貌信息，制造和测量在同一过程，高效实时。2.本专利技术的测量对象为每一条熔覆道，结合测量系统的轨迹方程拼接得到熔覆层形貌，由道到面，由面到体，将复杂零件的整体检测归一到最基础的熔覆道检测，即保证每一层和每一道精度，以保证零件整体成形的精度，有效避免增材制造成形实际结果与理论模型有偏差的情况，测量范围小，数据处理量小，效率高。3.本专利技术能对基于熔覆道形貌信息判断表面缺陷并进行精确定位，以便及时对表面缺陷进行去除或修补矫正，避免其由于下一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)建立待成形零件的三维模型并转换成STL模型，对所述STL模型进行切片以获得多个层，并获得各层的理论形貌数据，预设每层的增材加工路径以及减材加工路径；(2)按照当前层的增材加工路径熔覆成形以形成多个熔覆道，多个熔覆道构成当前熔覆层，在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据，动态调整增减材规划轨迹；(3)重复步骤(2)完成各层的熔覆成形进而完成整个零件的制造。

【技术特征摘要】
1.一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)建立待成形零件的三维模型并转换成STL模型，对所述STL模型进行切片以获得多个层，并获得各层的理论形貌数据，预设每层的增材加工路径以及减材加工路径；(2)按照当前层的增材加工路径熔覆成形以形成多个熔覆道，多个熔覆道构成当前熔覆层，在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据，动态调整增减材规划轨迹；(3)重复步骤(2)完成各层的熔覆成形进而完成整个零件的制造。2.如权利要求1所述的在线逐层检测的增减材复合制造方法，其特征在于，所述在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据动态调整增减材规划轨迹具体为：将实时采集的熔覆道的截面形貌信息进行处理和转换以获得熔覆道实际截面图像，提取熔覆道实际截面图像的轮廓尺寸信息，并与熔覆道截面图像的理论轮廓尺寸信息进行比较，当出现不平滑的锯齿状或凹陷的连续截面数量大于预设阈值时，记录并标记这些截面作为表面缺陷，并在后续增减材过程中去除；根据熔覆道实际截面图像的轮廓尺寸信息结合当前层的增材加工路径，获得当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，根据当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，并结合当前层的理论高度尺寸及理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造。3.如权利要求1或2所述的在线逐层检测的增减材复合制造方法，其特征在于，根据当前熔覆层的实际高度尺寸及实际轮廓尺寸，并结合当前层的理论高度尺寸及理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造具体为：首先根据当前熔覆层的实际高度尺寸结合当前层的理论高度尺寸对当前层进行增减材制造，然后根据当前熔覆层的实际轮廓尺寸结合当前层的理论轮廓尺寸对当前层进行增减材制造。4.如权利要求3所述的在线逐层检测的增减材复合制造方法，其特征在于，所述根据当前熔覆层的实际高度尺寸结合当前层的理论高度尺寸对当前层进行增减材制造具体为：首先，将记录并标记的表面缺陷去除，然后重新对去除部位进行熔覆成形，再计算当前层的实际高度尺寸与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海鸥，黄丞，唐尚勇，肖宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42