一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统及其参数优化方法技术方案

本发明专利技术涉及电弧增材制造技术领域，尤其是一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统及其参数优化方法，其中，一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统包括计算机控制模块、离线编程模块、电弧增材制造系统和监控与反馈调节系统；离线编程模块设计设计熔敷路径后发送给计算机控制模块；电弧增材制造系统根据熔敷路径焊接加工零件；监控与反馈调节系统监控熔池温度；计算机控制模块根据离线编程模块以及监控与反馈系统反馈的数据控制电弧增材制造系统焊接加工，本发明专利技术可有效地减小熔池变化，提升熔敷过程中的稳定性，通过不断的反馈调节，有效的优化焊接过程中的工艺参数。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统及其参数优化方法
本专利技术涉及电弧增材制造
，具体领域为一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统及其参数优化方法。
技术介绍
金属电弧增材制造技术是以电弧为热源，将目标零件材料熔化，然后采用逐层堆敷的方式得到目标零件。与传统制造工艺相比较，其制造周期短，柔性化程度高，易实现数字化、智能化和并行化制造，适合小批量生产。本身对于材料利用率高、成本低、污染较低等优点。现已应用于航空航天、国防军工等高精尖领域。但是电弧增材制造是一种复杂的金属微冶炼过程，其温度和焊接状态在不断变化，而成形件由于增材过程中熔池的不稳定，其形状难以控制，导致成形后内部组织应力更加集中，对成形件的形貌及其尺寸具有较大影响，所以成形过程中的负反馈控制就很重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统及其参数优化方法，可以有效地减小熔池变化，提升熔敷过程中的稳定性，通过不断的反馈调节，有效的优化焊接过程中的工艺参数。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统，包括计算机控制模块、离线编程模块、电弧增材制造系统和监控与反馈调节系统；所述离线编程模块设有绘图设计软件和路径规划软件，所述绘图设计软件设计零件模型后导入路径规划软件，路径规划软件设计熔敷路径后发送给计算机控制模块；所述电弧增材制造系统根据计算机控制模块提供的熔敷路径焊接加工零件；所述监控与反馈调节系统监控熔池温度并反馈给计算机控制模块；所述计算机控制模块分别与离线编程模块、电弧增材制造系统以及监控与反馈系统连接，所述计算机控制机械臂根据离线编程模块以及监控与反馈系统反馈的数据控制电弧增材制造系统焊接加工。优选的，所述电弧增材制造系统包括焊接机构、机械臂、机械臂控制柜和送丝机构，所述焊接机构和送丝机构安装在机械臂上，所述机械臂由机械臂控制柜控制，所述机械臂控制柜与计算机控制模块电连接。优选的，所述监控与反馈调节系统包括工业相机、温度传感器和滤光片，所述工业相机透过滤光片拍摄熔池样貌，所述温度传感器记录熔池温度并传送至计算机控制模块。优选的，所述工业相机安装在机械臂上。优选的，所述离线编程模块设计规划的路径经由D/A转换成程序编码从而驱动电弧增材制造系统中的机械臂。一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统的参数优化方法，包括以下步骤：a.离线编程模块离线编程，绘图设计软件设计零件模型后导入路径规划软件，路径规划软件设计熔敷路径后发送给计算机控制模块；b.电弧增材制造系统根据计算机控制模块接收到的熔敷路径焊接加工零件；c.监控与反馈调节系统监控熔池温度并反馈给计算机控制模块；d.计算机控制模块根据监控与反馈调节系统传来的照片判断熔池形貌是否满足要求，若不满足给出反馈信号调整电弧增材制造系统中的机械臂；e.焊接加工结束判断零件形貌，观察熔池温度变化，若符合要求，记录工艺参数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术相对于传统的铸锻制造工艺来说，电弧增材制造技术成形率高，材料利用率高，设备成本低，无需模具，系统的制造周期短，柔性较高，能实现数字化和智能化；本专利技术解决了电弧增材制造过程中熔池不稳定的问题，提高了成形件的成形精度；本专利技术系统简单，技术手段简单，对于推动电弧增材制造的发展具有实质性的进步。附图说明图1为本专利技术提供的一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统的模块间的流程图；图2为本专利技术提供的一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统的工作流程图；图3为本专利技术提供的一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统中监控与反馈调节系统的工作流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3，本专利技术提供一种技术方案：一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统，包括计算机控制模块、离线编程模块、电弧增材制造系统和监控与反馈调节系统，其中离线编程模块设有绘图设计软件和路径规划软件，绘图设计软件设计零件模型后导入路径规划软件，路径规划软件设计熔敷路径后发送给计算机控制模块，电弧增材制造系统根据计算机控制模块提供的熔敷路径焊接加工零件，监控与反馈调节系统监控熔池温度并反馈给计算机控制模块，计算机控制模块分别与离线编程模块、电弧增材制造系统以及监控与反馈系统连接，计算机控制机械臂根据离线编程模块以及监控与反馈系统反馈的数据控制电弧增材制造系统焊接加工。具体的，在本实施例中，绘图设计软件为CAD制图软件，CAD制图软件将所需要制造零件的模型绘制出来，保存后导入路径规划软件，然后对模型进行切片及路径模拟，其中切片厚度为焊道高度，焊宽为单层宽度，此参数为焊接小车上焊接得到的参数。路径画好后，输入焊速、送丝速度，焊枪距离基板的高度等参数得到电弧增材制造系统的控制指令流。进一步的，电弧增材制造系统包括焊接机构、机械臂、机械臂控制柜和送丝机构，焊接机构和送丝机构安装在机械臂上，机械臂由机械臂控制柜控制，机械臂控制柜与计算机控制模块电连接，其中，焊接机构包括TIG焊机、TIG焊枪、焊枪夹具和焊接工作台，TIG焊机产生电弧，TIG焊枪通过热源将丝材熔化然后按照规划的路径逐层熔敷，得到所需形状的完整金属零件。优选的，监控与反馈调节系统包括工业相机、温度传感器和滤光片，工业相机透过滤光片拍摄熔池样貌，温度传感器记录熔池温度并传送至计算机控制模块，其中，工业相机和温度传感器都安装在机械臂的末端，随着机械臂一起运动，可以实现实时的焊缝跟踪，温度传感器将检测的零件表面的温度反馈给计算机控制系统并记录，直观看出温度的变化。工业相机透过滤光片拍摄熔池形貌，每张图片传回计算机通过Matlab将图像进行灰度处理和二值化处理，并计算熔池大小，与预定值做比较后，如果偏差超过10％，即反馈调节信号，调整机械臂的高度、焊速等工艺参数，不断改善成形件的成形精度。通过计算机记录的温度变化数据，及熔池反馈信号来不断优化工艺参数，有助于后面路径规划的参数设定，进一步减小熔敷过程中的调节次数，有助于提升成形质量。优选的，离线编程模块设计规划的路径经由D/A转换成程序编码从而驱动电弧增材制造系统中的机械臂。本申请还提供了一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统的参数优化方法，包括以下步骤：a.离线编程模块离线编程，绘图设计软件(CAD、Creo、UG、Solidworks等)设计零件模型后导入路径规划软件(本系统选取MasterCAM中的AMSlice:Wire/Arc模块)，路径规划软件设计熔敷路径后发送给计算机控制模块，设定好焊速、焊枪高度、层间高度、送丝速度等工艺参数，产生模拟路径输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统，其特征在于，包括计算机控制模块、离线编程模块、电弧增材制造系统和监控与反馈调节系统；/n所述离线编程模块设有绘图设计软件和路径规划软件，所述绘图设计软件设计零件模型后导入路径规划软件，路径规划软件设计熔敷路径后发送给计算机控制模块；/n所述电弧增材制造系统根据计算机控制模块提供的熔敷路径焊接加工零件；/n所述监控与反馈调节系统监控熔池温度并反馈给计算机控制模块；/n所述计算机控制模块分别与离线编程模块、电弧增材制造系统以及监控与反馈系统连接，所述计算机控制机械臂根据离线编程模块以及监控与反馈系统反馈的数据控制电弧增材制造系统焊接加工。/n

【技术特征摘要】
1.一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统，其特征在于，包括计算机控制模块、离线编程模块、电弧增材制造系统和监控与反馈调节系统；
所述离线编程模块设有绘图设计软件和路径规划软件，所述绘图设计软件设计零件模型后导入路径规划软件，路径规划软件设计熔敷路径后发送给计算机控制模块；
所述电弧增材制造系统根据计算机控制模块提供的熔敷路径焊接加工零件；
所述监控与反馈调节系统监控熔池温度并反馈给计算机控制模块；
所述计算机控制模块分别与离线编程模块、电弧增材制造系统以及监控与反馈系统连接，所述计算机控制机械臂根据离线编程模块以及监控与反馈系统反馈的数据控制电弧增材制造系统焊接加工。


2.根据权利要求1所述的一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统，其特征在于，所述电弧增材制造系统包括焊接机构、机械臂、机械臂控制柜和送丝机构，所述焊接机构和送丝机构安装在机械臂上，所述机械臂由机械臂控制柜控制，所述机械臂控制柜与计算机控制模块电连接。


3.根据权利要求2所述的一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统，其特征在于，所述监控与反馈调节系统包括工业相机、温度传感器和滤光片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小平，郭立祥，陈阳，刘骁，黄佳蕾，张扬，雷卫宁，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32