检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统及方法；其中系统包括视觉检测系统、变位机工作台及定位标识。该系统适用于电弧增材成形的成形质量监控，在增材过程中发生异常情况导致熄弧时或在层间等待的过程中，视觉检测工业机器人通过线激光轮廓仪快速扫描熔敷层端面并获得其成形形貌，以定位表示为基准，经图像处理后获得完整的熔敷层端面成形形貌并分析是否存在表面缺陷，最后计算出成形件的平均高度层高ΔH、增材起/熄弧点、表面缺陷及相应修补的起/熄弧点的世界坐标。本发明专利技术为电弧增材过程提供了一种成形质量检测与监控的方法，具有非接触式检测、识别速度快、设备占用率低、需配置的操作人员少、生产耗时少的优点。耗时少的优点。耗时少的优点。

【技术实现步骤摘要】
检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统及方法


[0001]本专利技术涉及电弧增材
，特别涉及一种检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统及方法。

技术介绍

[0002]电弧增材制造技术(WAAM)是采用电弧熔丝工艺，将金属丝材熔化逐层沉积从而制造出接近产品尺寸要求的胚件。与其它金属增材制造技术相比较，电弧增材技术设备投资少、制造效率高、生产成本低、材料利用率高、适合大型复杂金属构件等优点。目前，电弧增材制造技术越来越受到航空航天领域的关注。
[0003]随着航空航天领域对产品质量的要求越来越高，电弧增材制造产品的过程质量检测与监控也尤为重要。然而现有的基于视觉检测系统的电弧增材制造技术是结合动态规划算法融合机器视觉技术，在电弧增材的层间等待过程中对半成品工件熔敷层端面进行测量，并重新进行切层调整层高，实现打印过程动态自动修正。但是，该系统不足的地方在于：
[0004]1)电弧增材时的起/熄坐标位置与增材程序内设定的起/熄弧位置存在偏差；
[0005]2)电弧增材的过程中，存在堵丝等问题导致的熄弧现象。由异常熄弧则需要进行重新起弧，异常熄弧点与重新起弧点无法准确、快速获得其世界坐标信息，而仅能人工记录现象并进行测量定位工作，精度低、效率差；
[0006]3)成形件熔敷层端面的成形质量由人工检测，易产生误判和漏判，且检测的工作量大、重复性高，未能实现自动化识别表面缺陷；
[0007]4)发现表面缺陷时，无法准确、快速获得其世界坐标信息，而仅能人工记录现象并进行测量定位工作，精度低、效率差；
[0008]5)发现表面缺陷后需要进行人工打磨、修补处理。无法准确、快速获得修补的起/熄弧点的世界坐标信息，仅能人工记录现象并进行测量定位工作，精度低、效率差。
[0009]这些都在一定程度上制约了电弧增材技术在产品应用上的推广。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统及方法，通过视觉检测技术能替代人工测量与检测，实现电弧增材过程的成形质量检测与监控。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：提供一种检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统，包括视觉检测系统、变位机工作台和定位标识；
[0012]所述视觉检测系统包括工业机器人和线激光轮廓仪，所述线激光轮廓仪通过工装法兰盘安装在所述工业机器人的机械臂上；
[0013]所述变位机工作台包括变位器支撑臂结构、变位器基座和转动平台；所述转动平台为待加工零件的成型基台，基板通过夹具装夹固定在转动平台上；所述转动平台通过转轴可转动连接在变位器支撑臂结构上；
[0014]所述定位标识安装在所述变位机工作台上，其高度可调整至与成形件平均高度等高，且安装位置可调整，用于图像拼接处理和坐标计算的基准定位使用。
[0015]进一步的，所述线激光轮廓仪与熔敷层端面相对位置调整在线激光轮廓仪的测量范围内，按照扫描路径匀速扫描熔敷层端面获得其轮廓，扫描时保持相对位置关系不变。
[0016]进一步的，所述转动平台可绕轴做
‑
90
°
～90
°
的旋转运动，可绕中心点做360
°
方向的旋转运动。
[0017]本专利技术的另一个技术方案提供一种使用上述检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统的检测方法，包括如下步骤：
[0018]S1、安装定位标识，扫描增材熔敷层端面；
[0019]S2、熔敷层端面形貌轮廓图像拼接处理及数据处理；
[0020]S3、熔敷层端面表面缺陷处理；
[0021]S4、工业机器人回初始位置，汇总生成坐标信息文档。
[0022]进一步的，所述步骤S1包括：
[0023]调整所述工业机器人的机械臂，直至线激光轮廓仪与第n层熔敷层端面相对位置处于线激光轮廓仪工作范围内；所述变位机工作台上安装定位标识，以O1为图像坐标系零点基准，O1的世界坐标的世界坐标
[0024]在增材过程中发生异常情况导致熄弧时或在层间等待的过程中，根据线激光宽度d和熔敷层端面形状设定扫描路径，扫描路径间隔相同；匀速扫描第n层熔敷层端面，获得其形貌轮廓。
[0025]进一步的，所述步骤S2包括：
[0026]将形貌轮廓进行图像拼接处理获得完整的第n层熔敷层端面形貌轮廓，并分析是否存在表面缺陷；然后计算成形件的平均高度第n层的层高ΔH、，以及第n层与第n
‑
1层的端面形貌轮廓的高度差值|h
n
‑
h
n
‑1|，以MAX(|h
n
‑
h
n
‑1|)为增材起弧点(A)，得到其图像坐标系位置坐标(X
nA
，Y
nA
)及世界坐标)及世界坐标需排除交叉点位；以MIN(|h
n
‑
h
n
‑1|)为增材熄弧点(B)，得到其在图像坐标系中的位置(X
nB
，Y
nB
)及世界坐标)及世界坐标
[0027]进一步的，所述步骤S3包括：
[0028]S3
‑
1、判断表面缺陷种类：
[0029]当|h
n
‑
h
n
‑1|＜0.1为未搭接，起点(C1)，得到其图像坐标系位置坐标(X
nC1
，Y
nC1
)及世界坐标终点(C1′
)，得到其图像坐标系位置坐标(X
nC1
′
，Y
nC1
′
)及世界坐标)及世界坐标
[0030]|h
n
‑
h
n
‑1|
‑
ΔH＞0.2，排除增材起弧点A，其余为飞溅点(C2)，得到其图像坐标系位置坐标(X
nC2
，Y
nC2
)及世界坐标)及世界坐标ΔH
‑
|h
n
‑
h
n
‑1|＞0.2，排除增材熄弧点B，其余为气孔点(C3)，得到其图像坐标系位置坐标(X
nC3
，Y
nC3
)及世界坐标
[0031]熔敷层端面轮廓曲线断点，排除边缘为裂纹起点(C4)，得到其图像坐标系位置坐标(X
nC4
，Y
nC4
)及世界坐标)及世界坐标终点(C4′
)，得到其图像坐标系
位置坐标(X
nC4
′
，Y
nC4
′
)及世界坐标
[0032]S3
‑
2、当表面缺陷为飞溅、气孔则进行打磨处理；表面缺陷为未搭接则进行修补处理；表面缺陷为裂纹，则进行打磨、修补处理，起/熄弧位置需要避开裂纹起点和终点；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统，其特征在于，包括视觉检测系统、变位机工作台和定位标识；所述视觉检测系统包括工业机器人和线激光轮廓仪，所述线激光轮廓仪通过工装法兰盘安装在所述工业机器人的机械臂上；所述变位机工作台包括变位器支撑臂结构、变位器基座和转动平台；所述转动平台为待加工零件的成型基台，基板通过夹具装夹固定在转动平台上；所述转动平台通过转轴可转动连接在变位器支撑臂结构上；所述定位标识安装在所述变位机工作台上，其高度可调整至与成形件平均高度等高，且安装位置可调整，用于图像拼接处理和坐标计算的基准定位使用。2.如权利要求1所述的检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统，其特征在于，所述线激光轮廓仪与熔敷层端面相对位置调整在线激光轮廓仪的测量范围内，按照扫描路径匀速扫描熔敷层端面获得其轮廓，扫描时保持相对位置关系不变。3.如权利要求2所述的检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统，其特征在于，所述转动平台可绕轴做
‑
90
°
～90
°
的旋转运动，可绕中心点做360
°
方向的旋转运动。4.使用如权利要求1到4中任一项所述的检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、安装定位标识，扫描增材熔敷层端面；S2、熔敷层端面形貌轮廓图像拼接处理及数据处理；S3、熔敷层端面表面缺陷处理；S4、工业机器人回初始位置，汇总生成坐标信息文档。5.如权利要求4所述的检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统的检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：调整所述工业机器人的机械臂，直至线激光轮廓仪与第n层熔敷层端面相对位置处于线激光轮廓仪工作范围内；所述变位机工作台上安装定位标识，以O1为图像坐标系零点基准，O1的世界坐标的世界坐标在增材过程中发生异常情况导致熄弧时或在层间等待的过程中，根据线激光宽度d和熔敷层端面形状设定扫描路径，扫描路径间隔相同；匀速扫描第n层熔敷层端面，获得其形貌轮廓。6.如权利要求5所述的检测增材熔敷层端面起熄弧点及表面缺陷的系统的检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将形貌轮廓进行图像拼接处理，获得完整的第n层熔敷层端面形貌轮廓，并分析是否存在表面缺陷；然后计算成形件的平均高度第n层的层高ΔH、，以及第n层与第n
‑
1层的端面形貌轮廓的高度差值|h
n
‑
h
n
‑1|，以MAX(|h
n
‑
h
n
‑1|)为增材起弧点(A)，得到其图像坐标系位置坐标(X
nA
，Y
nA
)及世界坐标)及世界坐标需排除交叉点位；以MIN(|h
n
‑
h
n
‑1|)为增材熄弧点(B)，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梦凡，候正全，刘思余，金诚，雷蕾，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：