一种金属电弧增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种金属电弧增材制造方法，包括以下步骤：步骤1，对待打印的工件进行建模，根据该工件的材料性能，确定每层增材层高为Hp，用电弧增材切片软件在Z方向上对零件数模按照层高Hp进行分层切片；步骤2，机器人根据步骤1中的增材路径代码执行，进行增材；步骤3，在步骤2增材结束后，通过激光对增材产品表面进行扫描，利用图像处理算法得到实际增材的高度H，从切片模块获取到当前已经增材的层数N，计算h2＝H/N，得到步骤2增材时的每层平均层高，根据实际增材的高度H和平均层高h2，在零件模型高度H的位置重新对模型按照层高h2重新切片，并输出下N层的增材程序；步骤4，重复步骤2～3直至零件增材完成。

【技术实现步骤摘要】
一种金属电弧增材制造方法
本专利技术涉及一种金属电弧增材制造方法，尤其涉及一种通过激光跟踪提升金属电弧增材制造精度的方法，属于金属焊接加工

技术介绍
电弧增材制造是通过焊接融化并逐层堆积金属实现工件的成型的制造方法。传统电弧增材步骤通常是通过切片软件对零部件的数模进行切片和路径规划，并一次性输出增材程序，在增材过程中并不会对增材程序进行调整。由于焊接过程受诸多因素影响，不同温度下的层高差异较大，在增材程序固定的情况下，高度方向的误差就会逐层叠加，并且制造的零件尺寸越大，高度方向误差越大，然而高度方向的误差无法通过对增材后的零件进行二次加工而消除，因此传统电弧增材方式在精度方面存在较大的缺陷。本专利技术通过线结构光扫描与切片程序分层输出的方式，对实际的零件高度数据进行采集和反馈，并通过软件运算，自动对增材程序进行修正，这样可以避免每层误差的叠加，大幅提升电弧增材的精度。对于金属大型构件的增材制造过程，由于增材层数多，叠加误差大，现有的电弧增材制造方法无法满足工件的精度要求。因此一种高精度的金属电弧增材制造方法的开发很有必要。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高精度的金属电弧增材制造方法，该方法对能够计算得到零件的实际增材高度，并通过该实际增材高度调整后续增材的起始位置和切片分层的层高，从而大大提高金属电弧增材制造的精度。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种金属电弧增材制造方法，具体包括以下步骤：步骤1，对待打印的工件进行建模，根据该工件的材料性能，确定每层增材层高为Hp，用电弧增材切片软件在Z方向上对零件数模按照层高Hp进行分层切片，得到零件模型二维的轮廓图，使用偏置算法或平行线扫描算法生成增材路径；初始时零件模型分层切片的依据为工件的材料性能确定下来的层高Hp，例如，对于A材料，增材层高Hp为2mm，对于B材料，增材层高Hp为3mm；步骤2，机器人根据步骤1中的增材路径代码执行，进行增材；增材一层或连续增材N层；步骤3，在步骤2的增材结束后，通过线激光对增材产品表面进行扫描，利用高度范围过滤和轮廓过滤得到实际增材的高度H，若步骤2中只增材一层，即N＝1时，在零件模型高度H的位置重新对模型按照层高H重新切片，并输出下N层的增材程序；若步骤2中连续增材了数层，即N＞1时，从切片模块获取到当前已经增材的层数N，计算h2＝H/N，得到步骤2中增材时的每层平均层高，根据实际增材的高度H和平均层高h2，在零件模型高度H的位置重新对模型按照层高h2重新切片，并输出下N层的增材程序；步骤4，重复步骤2～3直至零件增材完成。步骤1中，电弧增材切片软件对零件数模进行分层切片后，使用偏置算法或平行线扫描算法生成增材路径，可以设置一次增材一层的增材路径代码，也可以设置一次增材N层的增材路径代码。步骤2中，N值根据需要设置，N值越小，增材精度越高，N值越大，增材效率越高。步骤3中，在计算得到实际增材的高度H时，同时记录下与H相差±1mm的异常区域，在输出下N层的增材程序时，调整记录的异常区域的增材工艺，对于凸起部分提高打印速度，减小送丝速度等操作，对于凹陷部分可以降低打印速度或提高送丝速度，使用优化后的程序进行后续增材。其中，步骤3中，高度范围过滤是指：增材N层后，当前理论层高为Hn(Hp*N＝Hn)，通过线激光扫描已打印零件，获取零件上表面的点云数据，根据设定的有效测量高度范围Hv，对点云数据进行第一次过滤，只保留点云中Z值符合条件为Hn-Hv＜Z＜Hn+Hv的点。其中，轮廓过滤是指：由切片软件获得第N层切片的轮廓多边形，遍历点云中的点，将点投影到XY平面，如果该点位于切片轮廓外，则排除该点。过滤噪声点的方法：首先，设定有效高度Hv，已知本次测量点，理论切片高度Hs，遍历点云中所有点，排除掉高度z小于Hs-Hv的点和高度大于Hs+Hv的点；然后再判断点云中的点是否在切片得到的多边形内，再排除掉多边形外的所有点，计算点是否位于多边形内可以使用射线法，排除噪声点后，计算点云中平均Z值为Hr，Hr即为实际打印层高-增材的实际高度H。噪声点过滤方法，实际打印高度就是过滤后点云的平均高度，平均层高是用实际打印高度/己打印层数。获取到实际打印高度后，下一层切片高度就是实际高度+平均层高。增材完成的判断依据是实际增材高度大于数模中高度1-3mm，预留加工余量。相比于现有技术，本专利技术的技术方案所具有的有益效果为：本专利技术方法改变了传统增材制造一次性输出全部增材程序的方式，变为分层输出，并通过线结构光扫描对零件的实际增材高度数据进行采集，并通过软件运算，自动对后续增材程序进行修正，从而避免了传统增材制造时误差逐层叠加导致零件整体精度过低的问题，提高了电弧增材制造的精度。本专利技术方法对能够计算得到每个增材程序完成后的实际增材高度，并通过该实际增材高度调整后续增材的起始位置和切片分层的层高，从而大大提高金属电弧增材制造的精度。附图说明图1为增材N层后，通过线激光扫描已打印零件，获取零件上表面的点云数据；图2为高度范围过滤和轮廓过滤后的点云数据；图3为点云表面高度，即获取到有效点后，进行点云平均高度计算获取的真实增材层高；图4为本专利技术方法的流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图4所示，本专利技术金属电弧增材制造方法，具体包括以下步骤：步骤1，由工艺实验可以获取特定焊接丝材在一定温度、焊接速度、送丝速度等条件下焊缝宽度、高度值Hw(Hw为根据工艺实验数据得到的经验值)，软件对零件数模STL文件按Z方向按照Hw进行切片，得到二维的轮廓图，然后使用偏置算法或平行线扫描算法生成增材路径，软件可以选择一次输出若干层切片路径；步骤2，机器人执行增材代码；步骤3，增材N层后，当前理论层高为Hn，通过线激光扫描己打印零件，获取零件上表面的点云数据；步骤4，根据设定的有效测量高度范围Hv，对点云数据进行第一次过滤，只保留点云中Z值(高度至)符合条件为Hn-Hv＜Z＜Hn+Hv的点；步骤5，然后再由切片软件获得第N层切片的轮廓多边形，遍历点云中的点，将点投影到XY平面，如果该点位于切片轮廓外，则排除该点；(计算点是否位于多边形内可以使用射线法)步骤6，通过高度范围和轮廓过滤排除噪声点后，计算点云中的平均Z值为Hr，该值为打印N层后的实际层高，通过实际层高Hr可获取当前平均层高Ha；Ha＝Hr/N；步骤7，使用实际打印层高Hr和新的平均层高Ha进行重新切片(此时切片的起始位置为零件模型高度Hr的位置，分层切片的层高为Ha)，获取接下来若干层路径代码进行增材。通过打印-激光测量-结果反馈修正机制，可以控制电弧增材过程中层高不断变化而积累的误差，在增材过程中不需要人工干预调整干伸长，零件总体高度也能满足预期加工标准。实施例1本专利技术金属电弧增材制造方法，具体包括以下步骤：步骤1，对待打印的工件进行建模，根据该工件的材料性能(材料：4043，直径：1.2，送丝速度：5.5m/min)，得到每层增材层高为Hp(Hp＝2.8mm为根据工艺得到的经验值)，用电弧增材切片软件在Z方向上对零件数模按照层高Hp进行分层切片，得到二维的轮廓图；使用平行线扫描算法生成增材路径，设置一次增材一层的增材路径代码；步骤2，机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属电弧增材制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，对待打印的工件进行建模，根据该工件的材料性能，确定每层增材层高为Hp，用电弧增材切片软件在Z方向上对零件数模按照层高Hp进行分层切片，得到零件模型的二维轮廓图，使用偏置算法或平行线扫描算法生成增材路径；步骤2，机器人根据步骤1中的增材路径代码执行，进行增材；增材一层或连续增材N层；步骤3，在步骤2的增材结束后，通过线激光对己增材产品表面进行扫描，利用高度范围过滤和轮廓过滤得到实际增材的高度H，若步骤2中只增材一层，即N＝1时，在零件模型高度H的位置重新对模型按照层高H重新切片，并输出下N层的增材程序；若步骤2中连续增材了数层，即N＞1时，从切片模块获取到当前已经增材的层数N，计算h2＝H/N，得到步骤2增材时的每层平均层高，根据实际增材的高度H和平均层高h2，在零件模型高度H的位置重新对模型按照层高h2重新切片，并输出下N层的增材程序；步骤4，重复步骤2～3直至零件增材完成。

【技术特征摘要】
1.一种金属电弧增材制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，对待打印的工件进行建模，根据该工件的材料性能，确定每层增材层高为Hp，用电弧增材切片软件在Z方向上对零件数模按照层高Hp进行分层切片，得到零件模型的二维轮廓图，使用偏置算法或平行线扫描算法生成增材路径；步骤2，机器人根据步骤1中的增材路径代码执行，进行增材；增材一层或连续增材N层；步骤3，在步骤2的增材结束后，通过线激光对己增材产品表面进行扫描，利用高度范围过滤和轮廓过滤得到实际增材的高度H，若步骤2中只增材一层，即N＝1时，在零件模型高度H的位置重新对模型按照层高H重新切片，并输出下N层的增材程序；若步骤2中连续增材了数层，即N＞1时，从切片模块获取到当前已经增材的层数N，计算h2＝H/N，得到步骤2增材时的每层平均层高，根据实际增材的高度H和平均层高h2，在零件模型高度H的位置重新对模型按照层高h2重新切片，并输出下N层的增材程序；步骤4，重复步骤2～3直至...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玲珑，迟科萌，刘欣，
申请(专利权)人：南京衍构科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32