本发明专利技术涉及一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复系统与方法，系统包括外壳结构、激光器、送丝机构、分光机构。智能控制主机在接收到结构件的表面损伤警示信号后，下方的光栅组件在伺服直线步进电机的带动下相互组合，将分解激光为细小光束，控制激光器对结构件表面进行三维坐标测量，获取特征点位置信息数据后对损伤区域进行三维重构与智能分层切片，配合激光热源对损伤区域进行修复与，分别存储各环节的位置、参数、损伤率等数据并生成知识库。本发明专利技术提供了通过数据链共享与光栅开合的方式串联激光修复前后各环节，最终形成一体化耦合系统，有效提高能量的利用率，为激光修复的未来应用提供了新的技术支撑。激光修复的未来应用提供了新的技术支撑。激光修复的未来应用提供了新的技术支撑。
【技术实现步骤摘要】
一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复系统
[0001]作者：占小红，章宇盟，王磊磊，郭骥之
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[0002]本专利技术涉及激光修复领域，特别是涉及一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复系统与方法。
技术介绍
[0003]结构件在长时间的服役进程中，容易产生许多损伤与缺陷，在损伤与缺陷出现之后必须及时地利用外部辅助手段进行修复，否则在后续的使用过程中会造成许多无法挽回的经济与人身事故。修复的方式有很多，其中目前比较常用的修复方式是利用熔化焊对结构件患处进行焊接或再制造，其中激光作为一种高能能源，目前正在逐步成为比较重要的修复方式。
[0004]目前在使用激光作为直接能量熔化金属修复结构件时，大多是单独进行切割、焊接、增材再制造等步骤，在修复时使用了许多额外的装备与能量。另外，在修复过程中，单一激光修复部件会提高各修复环节之间数据传递与共享的难度与成本。如果能将激光切割、焊接、再制造等步骤组合在同一个系统中，会节省许多不必要的工装，同时修复环节的组合也便于数据链之间的交互与共享融合。
技术实现思路
[0005]基于以上背景，本专利技术提出了一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复装备，同时设计了对应的修复方法，该系统中的激光光源在接收智能控制主机的命令之后可较为灵活地调整离焦量与激光功率等参数，使得该修复系统可以实现三维坐标扫描、切割、修复、无损检测等“一光多能”的一体化修复过程，其特殊之处在于：。
[0006]设计了可相对移动的光栅组件，该组件一侧设置了可配合丝杠将旋转运动转化为直线运动的伺服直线步进电机，该系统将送丝机构、激光器、分光机构相互组合形成一体化装置，同时提出了可配合该系统使用的数据链共享算法理论与智能知识库，设计出了激光一体化修复方法。
[0007]激光器位于焊机外壳内第一支撑平台中央，借助M10机械螺栓与第一支撑平台紧固连接，在第一支撑平台中央开设直径20mm的通孔，激光器装置用于实现激光热源的产生，激光由通孔内垂直入射于试板表面；
[0008]外壳结构用于固定激光器装置、送丝嘴与分光机构，外壳结构上方设置有第一支撑平台，其下方设置有第二支撑平台，支撑平台与外壳结构侧壁之间由M10机械螺栓紧固连接；
[0009]送丝机构设置于外壳结构外壁，送丝嘴与第二支撑平台通过螺纹紧固连接，同时送丝机构与智能控制主机直接相连，可接收来自智能控制主机的命令灵活调整送丝速率，从而确保修复过程中的熔宽与熔深；
[0010]分光机构位于系统下方，该机构包括光栅组件与伺服直线步进电机，在接收智能控制主机的命令后可灵活组合与拆分，在修复过程开始前的扫描阶段与预清洗阶段相互组合，扩大激光束作用范围，在修复过程开始后可拆分离开中心轴位置；
[0011]另外，在上述一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复系统的基础上，本专利技术还提出一种基于粉末感应预热的可回收火箭激光修复方法，其特征在于：
[0012](1)激光三维扫描阶段：
[0013]在结构件到达指定位置后，装夹定位后向智能控制主机发送扫描检测请求，该请求携带结构件装夹定位初始点的位置坐标信息，智能控制主机在接收到改初始点位置坐标后控制激光器将焦点设置于距离结构件上方10mm位置，且此时激光功率设置为较低水平(1％)。同时智能控制主机向伺服直线步进电机发送启动命令，伺服直线步进电机接收到智能控制主机的命令后开始顺时针旋转并带动光栅向中心相对移动，直至光栅相互组合，控制激光分解为多束平行激光。激光器在机器人的控制下对结构件进行三维坐标的精确扫描，将结构件损伤区的位置及形貌信息传输至智能控制主机，智能控制主机对三维坐标信息进行堆栈储存至位置信息库中。智能控制主机调用焊接模拟仿真程序对损伤区域进行三维重构，启动分层切片软件对损伤缺陷区域进行三维切片分层，获得损伤缺陷区域的宽度、长度、深度等各个特征点位置坐标，将特征坐标点信息与焊接方法判据进行比较，同时调用ANN智能神经网络算法进行多次迭代，最终获得适合该缺陷的修复方法；
[0014](2)激光预清洗阶段
[0015]在激光扫描工序结束后，扫描工序节点中的三维位置坐标作为数据块发送至预清洗工序节点。智能控制主机根据结构件与其表面损伤缺陷的三维坐标信息控制激光器移动至损伤缺陷的起点坐标上方，保持焦点位置不变，同时在扫描阶段激光功率的基础上稍做提高。智能控制主机根据损伤缺陷所在平面或曲面位置重构后各点的位置坐标智能计算所需激光焦点位置，控制激光器沿结构件表面进行扫描，去除损伤缺陷周围区域的油污、氧化皮等杂质，提高修复过程的焊缝质量，激光功率、离焦量等参数与更新后的损伤缺陷区与特征点位置坐标信息作为数据块存储入修复工艺数据库的切割工序节点中；
[0016](3)激光切割阶段
[0017]在预清洗阶段过后，智能控制主机调用切割工序节点中的损伤缺陷区与特征点三维坐标信息，并启动修复命令，控制伺服直线步进电机反向旋转，带动光栅向相反方向运动，光栅组件分开并移动至两边。智能控制主机控制激光器下移激光焦点至工件表面。同时，激光器提高激光功率至较高水平，沿损伤缺陷区域周围进行扫描，同时根据特征点位置信息不断调整焦点位置，坡口类型选择V形，设置损伤缺陷区域周围的1％余量为坡口宽度，在缺陷处切割出修复所需坡口，切割后坡口区域特征点三维坐标信息存储入损伤缺陷位置坐标数据库中，切割过程所用工艺参数存储入焊接工艺数据库的激光切割工序节点中；
[0018](4)激光修复阶段
[0019]切割阶段结束后，切割工序节点中的坡口区域特征点三维坐标信息作为数据块发送至激光修复工序节点，智能控制主机控制激光器上移激光焦点至工件损伤缺陷区域上方2mm处，降低5％的激光功率，根据损伤缺陷各特征点位置信息沿损伤缺陷进行移动扫描。同时送丝机构接收到智能控制主机的启动命令，以一定的送料速度向下进给送丝，在修复的过程中，调用ANN人工神经网络智能算法对坡口特征点位置坐标进行迭代计算，根据坡口区
域特征点距离中心轴的远近来增大或减小送丝速率，从而确保焊缝熔宽与熔深符合要求，同时智能控制主机对该位置坐标进行修复进度的迭代计算，直至修复过程完成，激光修复过程所用工艺参数作为数据块存储入焊接工艺数据库中的激光修复工序节点，修复区域的三维位置坐标存储入损伤缺陷区域位置坐标数据库的激光修复工序节点中；
[0020](5)激光全息无损检测阶段
[0021]修复阶段结束后，修复工序节点中的三维坐标数据作为数据块发送至激光无损检测工序节点，智能控制主机调用更新后的修复区域特征点三维坐标位置信息后，自动发送启动命令至于光栅连接的伺服直线步进电机，带动光栅相对中心轴运动，组合后智能控制主机控制激光器增大离焦量，对修复后的焊缝进行激光无损检测，确保焊缝缺陷率小于2％，并将检测出的焊缝缺陷率作为新的数据块储存至焊接质量数据库中；
[0022]进一步地，上述修复方法中所用的激光光源为绿光光源，光源波长为512nm。
[0023]进一步地，上述修复方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复系统，下可与丝杠配合进行直线传动，带动光栅相对中心轴或远离中心轴运动。该系统也含有带无线信号接收装置的激光器2，该激光器2位于修复系统上方的支撑平台，激光器2包覆部分与修复系统之间采用M10紧固螺栓连接，可接收来自智能控制主机的命令改变焦点位置与功率，作为不同修复环节的多用光源。另外，送丝机构5位于激光通道两侧，送丝嘴与支撑平台之间采用M10紧固螺栓连接，送丝机构5采用双侧同步送丝方式，确保激光修复过程可以高效进行；智能控制主机中设置有接收模块与多个存储模块与存储器，还包括路径规划子系统，用于根据损伤缺陷区域特征点位置坐标信息，规划修复路径，并将规划结果发送给下一道工序的数据链节点；另外，在智能控制主机中设置了与各个子系统连接的知识库管理与数据处理子系统，用于对各个子系统进行监测与管理，并对数据链网络系统的交互信息进行处理。2.根据权利要求1所述的一种基于数据链共享与智能知识库的激光一体化修复方法，其特征在于包括以下步骤：(1)激光三维扫描阶段：在结构件到达指定位置后，向智能控制主机发送检测请求，当那位坐标扫描工序数据链节点接收到该检测请求时，数据链节点首先定位出当前处于扫描区域内的初始点(夹具定位点)平面坐标信息。根据该初始点位置坐标，智能控制主机9控制激光器2将焦点设置于距离结构件上方10mm位置，且此时激光功率设置为较低水平(1％)。同时智能控制主机9向伺服直线步进电机8
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1发送启动命令，伺服直线步进电机8
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1接收到智能控制主机的命令后开始旋转并带动光栅组件8
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3向中心相对移动，直至光栅组件8
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3相互组合，控制激光分解为细小激光束。激光器2在机器人的控制下对结构件进行三维扫描，将结构件损伤区的位置及形貌信息传输至智能控制主机9，智能控制主机中的激光扫描数据链节点接收扫描程序发送至的结构件修复请求，该修复请求携带结构件表面损伤缺陷区特征点的三维坐标信息，该三维坐标信息位于该数据链节点对应的切割与修复区域内，同时智能控制主机9将三维坐标信息转换为数据块存储进损伤扫描数据库中。智能控制主机9调用焊接模拟仿真程序对损伤区域进行三维重构，启动分层切片软件对损伤缺陷区域进行三维切片分层，获得损伤缺陷区域的宽度、长度、深度等各个特征点位置坐标，将特征坐标点信息与焊接方法判据进行比较，同时调用ANN智能神经网络算法进行多次迭代，最终获得适合该缺陷的修复方法；(2)激光预清洗阶段三维扫描阶段结束后，三维扫描工序数据链节点将损伤缺陷区域的特征点位置坐标信息发送至激光预清洗工序节点。智能控制主机9根据结构件与其表面损伤缺陷的三维坐标信息控制激光器移动至损伤缺陷的起点坐标上方，保持焦点位置不变，同时在扫描阶段激光功率的基础上稍做提高(2％左右)。智能控制主机9根据损伤缺陷所在平面或曲面位置重构后各点的位置坐标智能计算所需激光焦点位置，控制激光器2沿结构件表面进行扫描，去除损伤缺陷周围区域的油污、氧化皮等杂质，提高修复过程的焊缝质量，同时将更新后的特征点位置坐...
【专利技术属性】
技术研发人员：占小红，章宇盟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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