熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置及修補方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置及修補方法，該裝置包括控制器、四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器、紅外視覺傳感器、夾具和熔化極焊炬；該修補方法包括：將缺陷工件安裝在修補工作臺上；驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓；控制器重建缺陷的三維輪廓；確定具體的焊接參數(shù)；控制器驅(qū)動近紅外視覺傳感器對熔池進行掃描，獲取熔池圖像的時頻參數(shù)，并根據(jù)熔池圖像的時頻參數(shù)生成補償控制代碼，實時修正設(shè)定的焊接參數(shù)；修補結(jié)束后，再次驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓，確定修補后的工件是否達標，若不達標，則對缺陷進行再次修補，直到缺陷修補達標為止。本發(fā)明專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性高、適應(yīng)性強。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及增材修補
，尤其涉及一種用于熔化極氣體保護焊的3D增材修補裝置及其修補方法。
技術(shù)介紹
現(xiàn)有的增材修補方法主要有激光融覆、電弧堆焊、電涂鍍、熱噴涂技術(shù)等。激光融覆技術(shù)是利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。電弧堆焊是利用焊條或電極熔敷在基材表面進行堆焊。電涂鍍技術(shù)是利用直流電通過電解液時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),實現(xiàn)金屬在鍍件表面上沉積。熱噴涂是利用某種熱源將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術(shù)。以上修補方法都有一定的局限性，其中激光融覆技術(shù)會導(dǎo)致過渡區(qū)應(yīng)力集中；電涂鍍技術(shù)存在涂層結(jié)合強度和本身強度不足的問題；電弧堆焊技術(shù)和熱噴涂技術(shù)的熱影響區(qū)大，易造成工件變形。另外，上述修補技術(shù)在修補前未能精確地得到缺陷輪廓參數(shù)，導(dǎo)致修補后的工件仍然存在一定缺陷，修補效果不理想。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作方便、可靠性高、適應(yīng)性強的熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置。本專利技術(shù)的另一目的在于，提供一種基于上述修補裝置的修補方法。本專利技術(shù)的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置，其主要包括控制器、位于修復(fù)工位上方的四軸聯(lián)動平臺、以及設(shè)置在聯(lián)動平臺上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器、用于獲取熔池狀態(tài)信息的紅外視覺傳感器、夾具和熔化極焊炬。所述控制器與四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器、紅外視覺傳感器和熔化極焊炬連接，用于控制各部件協(xié)調(diào)工作。具體的，所述控制器與四軸聯(lián)動平臺連接，控制熔化極焊炬在三個方向上的移動及水平方向的轉(zhuǎn)動，使熔化極焊炬在焊接平臺上以最合適的位置和角度對缺陷進行修補。所述控制器與激光視覺傳感器連接，用于驅(qū)動激光視覺傳感器并獲取缺陷的三維輪廓，控制器根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)對缺陷的三維輪廓進行重建，生成最優(yōu)控制代碼。所述控制器與紅外視覺傳感器連接，用于驅(qū)動紅外視覺傳感器并獲取熔池的實時圖像時頻參數(shù)，在修補過程中，根據(jù)熔池狀態(tài)實時調(diào)整修補參數(shù)，獲得更好的修補效果。所述控制器與熔化極焊炬電連接，用于控制熔化極焊炬的電流大小及保護氣體的流量。所述夾具的一端與四軸聯(lián)動平臺連接，另一端與熔化極焊炬固定，四軸聯(lián)動平臺通過夾具帶動熔化極焊炬移動和轉(zhuǎn)動，調(diào)整到合適的焊接位置。具體的，所述熔化極焊炬包括焊炬本體、焊絲盤、送絲滾輪、導(dǎo)電嘴和保護罩。所述焊炬本體固定安裝在夾具上。所述焊絲盤安裝在焊炬本體的末端，送絲滾輪設(shè)置在焊絲盤與焊炬本體之間，纏繞在焊絲盤上的填充焊絲依次穿過送絲滾輪、焊炬本體和導(dǎo)電嘴，并從導(dǎo)電嘴中凸出。所述保護罩安裝在焊炬本體的另一端，所述導(dǎo)電嘴安裝在保護罩內(nèi)，與保護罩之間留有間隙，保護氣體從該間隙中流過，在焊接時可以避免熔化的金屬被氧化，影響焊接效果。在焊接時，保護氣體從上往下進入間隙，將導(dǎo)電嘴、填充焊絲和焊接位置覆蓋，形成保護區(qū)。填充焊絲與工件之間通過放電形式形成電弧，填充焊絲和缺陷位置附近的金屬在電弧的作用下熔化，形成熔池，待熔池冷卻后填充焊絲便成為工件的一部分，完成工件缺陷的增材修補。優(yōu)選的，所述保護罩的厚度要小于導(dǎo)電嘴的厚度，這樣可以節(jié)省材料，減輕焊接的重量。作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，由于電弧焊的焊接電流較大，為了避免對外界造成干擾或傷害，所述保護罩采用塑料材質(zhì)制成，塑料材質(zhì)可以使熔化極焊接的焊嘴與外界絕緣，起到保護作用。具體的，所述四軸聯(lián)動平臺用于控制熔化極焊炬的位置并調(diào)整熔化極焊炬的焊接角度，其組成主要包括沿X軸方向運動的X軸移動單元、沿Y軸方向運動的Y軸移動單元、沿Z軸方向運動的Z軸移動單元和繞垂直于工件的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的A軸轉(zhuǎn)動單元。所述X軸移動單元固定在修補平臺上，位于修補工位的上方，Y軸移動單元安裝在X軸移動單元上，Z軸移動單元安裝在Y軸移動單元上，A軸轉(zhuǎn)動單元安裝在Z軸移動單元上，可相對Z軸移動單元水平轉(zhuǎn)動。所述A軸轉(zhuǎn)動單元與夾具固定連接，帶著熔化極焊炬水平轉(zhuǎn)動，用于調(diào)整熔化極焊炬的焊接角度。作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述紅外視覺傳感器采用波長較短的近紅外線作為視覺傳感器的光源。與遠紅外線相比，近紅外線探測的深度較深，獲取的信息量較多。由于電弧焊在焊接過程中會產(chǎn)生電弧的輻射光干擾，選用近紅外視覺傳感器可以濾去電弧的弧光干擾，提高熔池圖像的成像質(zhì)量。優(yōu)選的，本專利技術(shù)優(yōu)先采用波長約為950納米的近紅外光源。作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述控制器采用抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、連續(xù)工作時間長的工業(yè)控制計算機。本專利技術(shù)的另一目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種熔化極保護焊3D增材修補裝置的修補方法，該修補方法主要包括如下步驟：步驟S1:將缺陷工件安裝在修補工作臺上；將激光視覺傳感器、近紅外視覺傳感器安裝在四軸(X-Y-Z-A軸)聯(lián)動控制平臺的Z軸移動單元上，將熔化極保護氣體焊焊炬安裝在A軸旋轉(zhuǎn)單元上。步驟S2:驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓；安裝完畢后，首先配合四軸聯(lián)動平臺將熔化極焊炬移動到相應(yīng)位置，在控制器的控制下，驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷(復(fù)雜幾何形狀)輪廓得到結(jié)構(gòu)光信號。步驟S3:控制器接受激光視覺傳感器的反饋信號，重建缺陷的三維輪廓；根據(jù)激光視覺傳感器的工作原理，傳感器內(nèi)半導(dǎo)體激光發(fā)射源發(fā)出一束平行的激光。該激光束射在工件缺陷的輪廓表面上，其表面光源信息被傳感器內(nèi)的CMOS相機檢測到，利用三角測量原理，在控制器中可以得到精確的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號。控制器獲取激光視覺傳感器反饋的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號，利用三維重建的方法建立缺陷三維模型。步驟S4:根據(jù)缺陷的三維輪廓數(shù)據(jù)生成控制代碼，確定具體的焊接參數(shù)；控制器將重建的缺陷三維模型與原始的零件模型參數(shù)作對比，確定要修補的具體參數(shù)并生成相應(yīng)的控制代碼。控制器根據(jù)生成的控制代碼驅(qū)動四軸聯(lián)動平臺控制熔化極焊炬移動到指定的位置，然后通過控制代碼確定熔化極氣體保護焊焊炬的焊接參數(shù)。該焊接參數(shù)主要包括焊接的位置、焊接電流、焊接速度和送絲速度等等。步驟S5:修補過程中，控制器驅(qū)動近紅外視覺傳感器對熔池進行掃描，獲取熔池圖像的時頻參數(shù)(包括時域、頻域信息)，并根據(jù)熔池圖像時頻參數(shù)生成補償控制代碼，實時修正設(shè)定的焊接參數(shù)。焊接時，控制器根據(jù)重建的缺陷三維輪廓確定修補方案，驅(qū)動四軸聯(lián)動平臺定位到焊接的位置，并通過A軸轉(zhuǎn)動單元調(diào)整焊炬的焊接角度來完成特殊、復(fù)雜缺陷的修補工作。步驟S6:針對電弧堆焊后修復(fù)試件表面出現(xiàn)的熱變形，在完成初次修補后，再次驅(qū)動激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓，確定修補后的工件是否達標，若不達標，則對缺陷進行再次修補，直到缺陷修補達標為止。作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，在焊接時，當缺陷的位置和形狀較為復(fù)雜，可以通過驅(qū)動A軸轉(zhuǎn)動單元調(diào)整熔化極焊炬的焊接夾角來完成缺陷修補，采用該方法可以進一步提高修補效率，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本專利技術(shù)所提供的修補裝置可以安裝在機器人末端或龍門架的機架上，配合機器人或龍門架的運動定位到相應(yīng)位置，用于修復(fù)不同場合下的缺陷試件或者需要修補維護的設(shè)備。本專利技術(shù)的工作過程和原理是：本專利技術(shù)利用激光視覺傳感器掃描工件上的缺陷，將獲得的三維輪廓光信號傳送給控制器；控制器根據(jù)結(jié)構(gòu)光信號重建缺陷的三維輪廓，并生成相應(yīng)的控制代碼，確定焊接的技術(shù)參數(shù)；在焊接過程中，控制器驅(qū)動近紅外視覺傳本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置，其特征在于，包括控制器、位于修復(fù)工位上方的四軸聯(lián)動平臺、以及設(shè)置在聯(lián)動平臺上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器、用于獲取熔池狀態(tài)信息的紅外視覺傳感器、夾具和熔化極焊炬；所述控制器分別與四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器、紅外視覺傳感器和熔化極焊炬連接；所述夾具的一端與四軸聯(lián)動平臺連接，另一端與熔化極焊炬固定；所述熔化極焊炬包括焊炬本體、焊絲盤、送絲滾輪、導(dǎo)電嘴和保護罩；所述焊炬本體安裝在夾具上，所述焊絲盤安裝在焊炬本體的一端，送絲滾輪位于焊絲盤與焊炬本體之間，所述保護罩安裝在焊炬本體的另一端，導(dǎo)電嘴安裝在保護罩內(nèi)，與保護罩之間留有間隙。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置，其特征在于，包括控制器、位于修復(fù)工位上方的四軸聯(lián)動平臺、以及設(shè)置在聯(lián)動平臺上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器、用于獲取熔池狀態(tài)信息的紅外視覺傳感器、夾具和熔化極焊炬；所述控制器分別與四軸聯(lián)動平臺、激光視覺傳感器、紅外視覺傳感器和熔化極焊炬連接；所述夾具的一端與四軸聯(lián)動平臺連接，另一端與熔化極焊炬固定；所述熔化極焊炬包括焊炬本體、焊絲盤、送絲滾輪、導(dǎo)電嘴和保護罩；所述焊炬本體安裝在夾具上，所述焊絲盤安裝在焊炬本體的一端，送絲滾輪位于焊絲盤與焊炬本體之間，所述保護罩安裝在焊炬本體的另一端，導(dǎo)電嘴安裝在保護罩內(nèi)，與保護罩之間留有間隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置，其特征在于，所述四軸聯(lián)動平臺包括X軸移動單元、Y軸移動單元、Z軸移動單元和A軸轉(zhuǎn)動單元；所述X軸移動單元位于修補工位上方，Y軸移動單元安裝在X軸移動單元上，Z軸移動單元安裝在Y軸移動單元上，A軸轉(zhuǎn)動單元安裝在Z軸移動單元上，可相對Z軸移動單元水平轉(zhuǎn)動；所述A軸轉(zhuǎn)動單元與夾具固定連接，用于調(diào)整熔化極焊炬的焊接角度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置，其特征在于，所述紅外視覺傳感器為近紅外視覺傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化極氣體保護焊3D增材修補裝置，其...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高向東，藍重洲，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44