本发明专利技术公开的电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，包括有机器人、送丝机及焊机；机器人手臂末端处固定焊机枪头与CCD相机；还包括有控制系统，控制系统分别与CCD相机、机器人、焊机及送丝机连接；焊机枪头下方设置有分度盘及基板，基板放置在分度盘上。该系统改善了电弧增材制造复杂零部件时可能出现焊接质量下降的问题。还公开了电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿方法。监控及自动补偿方法。监控及自动补偿方法。
【技术实现步骤摘要】
电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统及方法
[0001]本专利技术属于电弧增材制造领域，具体涉及一种电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，还涉及一种电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿方法。
技术介绍
[0002]随着航空航天、汽车行业等领域的高速发展，对各类零部件的复杂形状和使用性能要求日益严苛，然而传统铸造合金生产工艺发展无法满足特殊领域定制化需求。增材制造技术作为一种新兴的生产工艺，采用材料逐层累加的方法制造实体零件，不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件"自由制造"，解决了许多复杂结构零件的成形，大大减少了加工工序，缩短了加工周期。
[0003]其中电弧增材制造技术(wire arc additive manufacture，WAAM)是一种以金属丝材为原料，以电弧为热源，以计算机数控机床或机械臂为运动系统，通过逐层沉积的方式来实现增材制造的技术。该技术具有成形速度快、材料利用率高、成本低等许多优点，已经广泛应用于铝合金、钛合金、不锈钢以及镍合金的加工制造。电弧增材制造过程中，熔池的沉积高度、温度以及几何结构等参数是体现增材制造过程稳定性的重要特征之一，对于零件品质具有重大的影响。
[0004]例如申请号：CN202011481388.3本专利技术公开了一种电弧增材制造熔池动态检测装置，包括架体机构、升降机构，所述架体机构顶部与推进机构底部滑动连接。工作人员通过滑动块与推进滑槽的配合来移动推进机构整体，以此来调节摄像机与熔池的整体间距，通过螺纹杆与延伸块螺纹的配合，升降板完成上下位置调节的过程。
[0005]例如申请号：CN202011475361.3本专利技术公开了一种电弧增材制造熔池动态检测装置，包括移动板、控制器和显示器。为解决现有技术中电弧增材制造熔池动态检测装置上感应装置的连接线长度固定，且装置在安装时寻找监测器上的插孔比较麻烦，不方便使用者进行组装装置等问题。
[0006]基于上述专利的检索，以及结合现有技术中的设备发现，上述设备在应用时，虽然有效保证了电弧增材制造的质量，检测装置结构简单，使用方便，检测方法简单，检测成本低廉，检测结果准确可靠。但在使用过程中无法实时监测熔池成形情况，且仍需要人员进行摄像头位置进行调整，操作繁琐，严重制约生产效率。
技术实现思路
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，该系统改善了电弧增材制造复杂零部件时可能出现焊接质量下降的问题。
[0008]本专利技术的第二个目的是提供电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿方法。
[0009]本专利技术所采用的第一个技术方案是，电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，包括有机器人、送丝机及焊机；机器人手臂末端处固定焊机枪头与CCD相机；还包括有控
制系统，控制系统分别与CCD相机、机器人、焊机及送丝机连接；焊机枪头下方设置有分度盘及基板，基板放置在分度盘上。
[0010]本专利技术的特征还在于，
[0011]机器人为六轴或七轴关节型机器人。
[0012]熔池形貌观测选用CCD相机。
[0013]本专利技术所采用的第二个技术方案是，电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿方法，采用上述的电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，具体按照以下步骤实施：
[0014]步骤一，利用绘图软件绘制简单的草图模型，而对于复杂构件直接绘制三维实体模型；利用计算机语言转变为可被机器人直接读取的运动控制代码；
[0015]步骤二，对增材制造每一层的各类参数进行设定，并完成对机器人和焊枪枪头的位姿矫正、空间位置的初始化设置；
[0016]步骤三，对待进行增材制造的工件基板的上表面进行打磨，去除表面的氧化皮，然后擦拭丙酮，去除表面油污，再用夹具固定在分度盘上的工作台上；
[0017]步骤四，打开设备电源，启动控制系统，开始按照设计的机器人运动轨迹和焊机焊接参数进行焊接；
[0018]步骤五，每增材制造一层材料后，由CCD相机观测熔池形貌，并将采集的电参数信息反馈至控制系统后，控制系统处理这些信息并进行信息显示，控制系统根据熔池高度执行以下焊枪枪头高度与焊机电流调节的相关步骤；
[0019]步骤六，参数调节完成后开始下一层增材制造，若得到异常相对高度，重复步骤五，若相对高度无异常，无需进行参数调节直接开始沉积下一层；
[0020]步骤七，重复增材制造、扫描和自动调节参数值至样件按照模型制造完成。
[0021]本专利技术的特征还在于，
[0022]步骤五中，焊枪枪头高度调节的具体过程为：
[0023](1)CCD相机不断测量增材制造过程中的每一层增材制造后的焊枪枪头和生产工件熔池的实际相对高度值H，将实际相对高度值H与预设相对高度阈值比较，一般相对高度阈值H
max
＝(1+15％)H0，H
min
＝(1
‑
15％)H0，H0为设定相对高度值；
[0024](2)若实际相对高度值H处于阈值H
min
～H
max
之间，则直接进行下一层增材制造过程；
[0025](3)若实际相对高度值H大于阈值H
max
，则由控制系统输出下降指令至机器人，控制机器人末端的焊枪枪头高度降低，直至实际相对高度处于阈值H
min
～H
max
内；
[0026](4)若实际相对高度值H小于阈值H
min
，则由控制系统输出上升指令至机器人，控制机器人末端的焊枪枪头高度升高，直至实际相对高度处于阈值H
min
～H
max
内。
[0027]步骤五中，焊机电流调节的具体过程为：
[0028](1)将增材制造过程中的每一层增材制造的焊接电流I0设为定值，将电流值I0与预设电流阈值比较，一般电流值I
max
＝(1+20％)I0，I
min
＝(1
‑
20％)I0；
[0029](2)若焊枪枪头与生产工件的实际相对高度值H大于阈值H
max
，则判定试样表面产生塌陷，熔高过低；由控制系统输出焊接电流减小指令至焊机，使得焊接电流减小至I
min
；
[0030](3)若焊枪枪头与生产工件的实际相对高度值H小于阈值H
min
，则判定试样表面产生凸起，熔高过高，由控制系统输出焊接电流增大指令至焊机，使得焊接电流增大至I
max
。
[0031]本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术系统将CCD相机固定于机器手臂末端，方便操作人员在增材制造过程中实时观察熔池形貌与工件高度，避免了手持式拍摄繁琐、误差过大的问题。同时每完成一层增材制造程序，操作系统自动检测工件高度，并根据实际情况自动调节焊机枪头高度与焊接电流，再进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，其特征在于，包括有机器人(5)、送丝机(6)及焊机(9)；机器人(5)手臂末端处固定焊机枪头(8)与CCD相机(7)；还包括有控制系统(1)，控制系统(1)分别与CCD相机(7)、机器人(5)、焊机(9)及送丝机(6)连接；焊机枪头(8)下方设置有分度盘(2)及基板(3)，基板(3)放置在分度盘(2)上。2.根据权利要求1所述的电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，其特征在于，所述机器人(5)为六轴或七轴关节型机器人。3.电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿方法，其特征在于，采用如权利要求1
‑
2所述的电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿系统，具体按照以下步骤实施：步骤一，利用绘图软件绘制简单的草图模型，而对于复杂构件直接绘制三维实体模型；利用计算机语言转变为可被机器人(5)直接读取的运动控制代码；步骤二，对增材制造每一层的各类参数进行设定，并完成对机器人(5)和焊枪枪头(8)的位姿矫正、空间位置的初始化设置；步骤三，对待进行增材制造的工件基板(3)的上表面进行打磨，去除表面的氧化皮，然后擦拭丙酮，去除表面油污，再用夹具固定在分度盘(2)上的工作台上；步骤四，打开设备电源，启动控制系统(1)，开始按照设计的机器人运动轨迹和焊机焊接参数进行焊接；步骤五，每增材制造一层材料后，由CCD相机(7)观测熔池形貌，并将采集的电参数信息反馈至控制系统(1)后，控制系统(1)处理这些信息并进行信息显示，控制系统(1)根据熔池高度执行以下焊枪枪头(8)高度与焊机(9)电流调节的相关步骤；步骤六，参数调节完成后开始下一层增材制造，若得到异常相对高度，重复步骤五，若相对高度无异常，无需进行参数调节直接开始沉积下一层；步骤七，重复增材制造、扫描和自动调节参数值至样件按照模型制造完成。4.根据权利要求3所述的电弧增材制造熔池视频监控及自动补偿方法，其特征在于，步骤五中，焊枪枪头(8)高度调节的具体过程为：(1)CCD相机(7)不断测量增材制造过程中的每一层增材制造后的焊枪枪头(8)和生产工件(4)熔池的实际...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐春杰，马东，路瑶涵，张凯军，黄伊杰，张忠明，武向权，郭灿，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。