激光填丝焊增材修补装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种激光填丝焊增材修补装置，该装置包括控制器、四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器、夹具、激光焊炬、焊丝嘴、填充焊丝和导气管；该修补方法包括：将缺陷工件安装在修补工作台上；驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓；控制器重建缺陷的三维轮廓；确定具体的焊接参数；控制器驱动近红外视觉传感器对熔池进行扫描，获取熔池图像的时频参数，并根据熔池图像的时频参数生成补偿控制代码，实时修正设定的焊接参数；修补结束后，再次驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓，确定修补后的工件是否达标，若不达标，则对缺陷进行再次修补，直到缺陷修补达标为止。本实用新型专利技术的结构简单、操作方便、可靠性高、适应性强。

【技术实现步骤摘要】
激光填丝焊增材修补装置
本技术涉及增材修补
，尤其涉及一种用于激光填丝焊的增材修补装置。
技术介绍
现有的增材修补方法主要有激光融覆、电弧堆焊、电涂镀、热喷涂技术等。激光融覆技术是利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。电弧堆焊是利用焊条或电极熔敷在基材表面进行堆焊。电涂镀技术是利用直流电通过电解液时发生电化学反应,实现金属在镀件表面上沉积。热喷涂是利用某种热源将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。以上修补方法都有一定的局限性，其中激光融覆技术会导致过渡区应力集中；电涂镀技术存在涂层结合强度和本身强度不足的问题；电弧堆焊技术和热喷涂技术的热影响区大，易造成工件变形。另外，上述修补技术在修补前未能精确地得到缺陷轮廓参数，导致修补后的工件仍然存在一定缺陷，修补效果不理想。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方便、可靠性高、适应性强的激光填丝焊增材修补装置。本技术的另一目的在于，提供一种基于上述修补装置的修补方法。本技术的目的通过下述技术方案实现：一种激光填丝焊增材修补装置，其主要包括控制器、位于修复工位上方的四轴联动平台、以及设置在联动平台上用于获取工件的缺陷轮廓三维信息的激光视觉传感器、用于获取熔池状态信息的红外视觉传感器、夹具、激光焊炬、焊丝嘴、填充焊丝和导气管。所述控制器与四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器、激光焊炬和焊丝嘴连接，用于控制各部件协调工作。所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与激光焊炬固定。所述填充焊丝安装在焊丝嘴上，并向外凸出。所述焊丝嘴与激光焊炬连接，且与激光焊炬之间角度可调，以适应各种焊接场合。所述导气管安装在激光焊炬上，导气管的一端与保护气体发生器连接，另一端指向焊接工位，并且导气管的出气方向可调，这样可以使保护气体更好地覆盖填充焊丝和熔池。作为本技术的优选方案，所述导气管采用可以万向调节的万向管(或竹节管)用于引导保护气体，使保护气体准确地覆盖焊接保护区。作为本技术的优选方案，所述焊丝嘴与激光焊炬之间通过角度调节单元连接，该角度调节单元包括一夹持把柄和调节螺栓，所述夹持把柄的一端卡设在焊丝嘴上，另一端通过调节螺栓与激光焊炬上的第一凸起铰接，焊丝嘴和第一凸起上均设有通孔，调节螺栓穿过通孔将焊丝嘴固定在激光焊炬上。当需要调节角度时，只需拧松调节螺栓，调整好角度后拧紧调节螺栓即可。该角度调节单元的结构简单，使用方便，用于送丝角度调节可以获得更好的焊接效果。具体的，所述控制器与四轴联动平台连接，控制激光焊炬在三个方向上的移动及水平方向的转动，使激光焊炬在焊接平台上以最合适的位置和角度对缺陷进行修补。所述控制器与激光视觉传感器连接，用于驱动激光视觉传感器并获取缺陷的三维轮廓，控制器根据获取的数据对缺陷的三维轮廓进行重建，生成最优控制代码。所述控制器与红外视觉传感器连接，用于驱动红外视觉传感器并获取熔池的实时图像时频参数，在修补过程中，根据熔池状态实时调整修补参数，获得更好的修补效果。所述控制器与激光焊炬电连接，用于控制激光焊炬的功率大小及保护气体的流量。所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与激光焊炬固定，四轴联动平台通过夹具带动激光焊炬移动和转动，调整到合适的焊接位置。具体的，所述四轴联动平台用于控制激光焊炬的位置并调整激光焊炬的焊接角度，其组成主要包括沿X轴方向运动的X轴移动单元、沿Y轴方向运动的Y轴移动单元、沿Z轴方向运动的Z轴移动单元和绕垂直于工件的转轴旋转的A轴转动单元。所述X轴移动单元固定在修补平台上，位于修补工位的上方，Y轴移动单元安装在X轴移动单元上，Z轴移动单元安装在Y轴移动单元上，A轴转动单元安装在Z轴移动单元上，可相对Z轴移动单元水平转动。所述A轴转动单元与夹具固定连接，带着激光焊炬水平转动，用于调整激光焊炬的焊接角度。作为本技术的优选方案，所述红外视觉传感器采用波长较短的近红外线作为视觉传感器的光源。与远红外线相比，近红外线探测的深度较深，获取的信息量较多。由于激光焊在焊接过程中会产生辐射光干扰，选用近红外视觉传感器可以滤去干扰光源，提高熔池图像的成像质量。优选的，本技术优先采用波长约为950纳米的近红外光源。作为本技术的优选方案，所述控制器采用抗干扰能力强、工作稳定可靠、连续工作时间长的工业控制计算机。本技术的另一目的通过下述技术方案实现：一种激光填丝焊增材修补装置的修补方法，该修补方法主要包括如下步骤：步骤S1:将缺陷工件安装在修补工作台上；将激光视觉传感器、近红外视觉传感器安装在四轴(X-Y-Z-A轴)联动控制平台的Z轴移动单元上，将激光焊炬安装在A轴旋转单元上。步骤S2:驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓；安装完毕后，首先配合四轴联动平台将激光焊炬移动到相应位置，在控制器的控制下，驱动激光视觉传感器扫描缺陷(复杂几何形状)轮廓得到结构光信号。步骤S3:控制器接受激光视觉传感器的反馈信号，重建缺陷的三维轮廓；根据激光视觉传感器的工作原理，传感器内半导体激光发射源发出一束平行的激光。该激光束射在工件缺陷的轮廓表面上，其表面光源信息被传感器内的CMOS相机检测到，利用三角测量原理，在控制器中可以得到精确的缺陷轮廓结构光信号。控制器获取激光视觉传感器反馈的缺陷轮廓结构光信号，利用三维重建的方法建立缺陷三维模型。步骤S4:根据缺陷的三维轮廓数据生成控制代码，确定激光焊炬的具体融覆参数；控制器将重建的缺陷三维模型与原始的零件模型参数作对比，确定要修补的具体参数并生成相应的控制代码。控制器根据生成的控制代码驱动四轴联动平台控制激光焊炬移动到指定的位置，然后通过控制代码确定激光焊炬的焊接参数。该融覆参数主要包括焊接的位置、焊接功率、焊接速度和送丝速度等等。步骤S5:修补过程中，控制器驱动近红外视觉传感器对熔池进行扫描，获取熔池图像的时频参数(包括时域、频域信息)，并根据熔池图像时频参数生成补偿控制代码，实时修正设定的焊接参数。焊接时，控制器根据重建的缺陷三维轮廓确定修补方案，驱动四轴联动平台定位到焊接的位置，并通过A轴转动单元调整焊炬的焊接角度来完成特殊、复杂缺陷的修补工作。步骤S6:针对电弧堆焊后修复试件表面出现的热变形，在完成初次修补后，再次驱动激光视觉传感器扫描缺陷的三维轮廓，确定修补后的工件是否达标，若不达标，则对缺陷进行再次修补，直到缺陷修补达标为止。作为本技术的优选方案，在焊接时，当缺陷的位置和形状较为复杂，可以通过驱动A轴转动单元调整激光焊炬的焊接夹角来完成缺陷修补，采用该方法可以进一步提高修补效率，克服现有技术的不足。本技术所提供的修补装置可以安装在机器人末端或龙门架的机架上，配合机器人或龙门架的运动定位到相应位置，用于修复不同场合下的缺陷试件或者需要修补维护的设备。本技术的工作过程和原理是：本技术利用激光视觉传感器扫描工件上的缺陷，将获得的三维轮廓光信号传送给控制器；控制器根据结构光信号重建缺陷的三维轮廓，并生成相应的控制代码，确定焊接的技术参数；在焊接过程中，控制器驱动近红外视觉传感器对熔池进行扫描，获取熔池图像的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光填丝焊增材修补装置，其特征在于，包括控制器、位于修复工位上方的四轴联动平台、以及设置在联动平台上用于获取工件的缺陷轮廓三维信息的激光视觉传感器、用于获取熔池状态信息的红外视觉传感器、夹具、激光焊炬、焊丝嘴、填充焊丝和导气管；所述控制器分别与四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器、激光焊炬和焊丝嘴连接；所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与激光焊炬固定；所述填充焊丝安装在焊丝嘴上，所述焊丝嘴与激光焊炬连接，且与激光焊炬之间角度可调；所述导气管安装在激光焊炬上，出气方向可调。

【技术特征摘要】
1.一种激光填丝焊增材修补装置，其特征在于，包括控制器、位于修复工位上方的四轴联动平台、以及设置在联动平台上用于获取工件的缺陷轮廓三维信息的激光视觉传感器、用于获取熔池状态信息的红外视觉传感器、夹具、激光焊炬、焊丝嘴、填充焊丝和导气管；所述控制器分别与四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器、激光焊炬和焊丝嘴连接；所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与激光焊炬固定；所述填充焊丝安装在焊丝嘴上，所述焊丝嘴与激光焊炬连接，且与激光焊炬之间角度可调；所述导气管安装在激光焊炬上，出气方向可调。2.根据权利要求1所述的激光填丝焊增材修补装置，其特征在于，所述四轴联动平台包括X轴移动单元、Y轴移动单元、Z轴移动单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：高向东，蓝重洲，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东,44