[發明專利]用于絲材等離子弧增材制造的紅外溫度檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201610365423.2
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN107433379A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 馮曰海;張天齊;王克鴻;張德庫;黃俊;周琦;余進
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/095;B23K10/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 鄒偉紅

技術領域

本發明屬于電弧增材制造技術領域，主要涉及一種用于絲材等離子弧(Plasma Arc Welding,PAW)增材制造的紅外溫度檢測裝置及檢測方法。

背景技術

電弧增材制造技術是一種利用逐層熔覆原理，采用熔化極惰性氣體保護焊接(MIG)、鎢極惰性氣體保護焊接(TIG)以及等離子體焊接(PAW)等焊接方法提供的電弧作為熱源，在程序的控制下，通過絲材的添加，根據三維數字模型由線-面-體逐漸成形出金屬零件的先進數字化制造技術，其本質即為堆焊快速成形。具有成型快、絲材利用率高、工件性能優良、可以完成復雜工件以及大尺寸工件的一次成型等特點，具有重要的研究意義和應用價值。

等離子弧增材制造是焊絲在基板上的逐層堆敷過程，成型件由于各堆敷層溫度、熱輸入、散熱等條件的不同，導致其組織性能的不均勻，影響其成形質量。另一方面，電弧增材制造無法保證較高的制造精度，成形過程中出現變形、堆敷層高不穩定等現象，這些直接影響了成形的精度。現有的一些控制增材制造的成形過程的檢測方法因此需要通過檢測層間溫度實現對熱輸入的控制，保證每一層堆敷金屬的組織性能的均勻和層高的穩定。目前針對溫度的檢測手段中，非接觸式紅外溫度傳感既可以保證采集信息的準確性又不會對成型件本身造成破壞，是實現層間溫度檢測的有效方法。

目前對電弧增材制造過程檢測和控制相關的相關技術較少，專利《GMA增材制造雙被動視覺傳感檢測裝置及其檢測方法》(申請號：201510282713.6)公開了一種對GMA增材制造過程的視覺傳感檢測裝置及其檢測方法，通過視覺傳感檢測控制成形尺寸，但無法控制各個堆敷層具有相近的晶粒尺寸，也無法保證成型件組織性能的均一穩定，專利《焊接溫度檢測裝置、焊接機及焊接溫度的校準方法》(申請號：201310275348.7)公開了一種針對待焊件溫度檢測裝置和檢測方法，該裝置無法應用在電弧增材制造，且不能實現對焊接過程的閉環控制，同時溫度測量采用接觸式溫度傳感方式，安裝時會破壞待焊件。

發明內容

本發明旨在提供一種用于絲材等離子弧增材制造的紅外溫度檢測裝置及其檢測方法，能夠提高等離子弧增材制造的成形質量和尺寸精度。

為實現上述目的，本發明提供的一種用于絲材等離子弧增材制造的紅外溫度檢測裝置，包括：紅外溫度傳感器通過夾具固定在用于絲材等離子弧增材制造的等離子焊槍上；控制系統，所述的控制系統控制連接紅外溫度傳感器及等離子焊槍；其中，控制系統包括：對紅外溫度傳感器中溫度傳感信號進行濾波和標度轉換的溫度采集控制儀；將溫度以動態曲線的形式顯示且通過溫度采集控制儀輸出控制信號的計算機；還包括用于控制夾持在機器人機械臂上的等離子焊槍動作的機器人控制柜。

為了實現上述發明的目的，本發明還提供了一種利用上述絲材等離子弧增材制造紅外溫度傳感裝置檢測溫度的方法，具體步驟如下：

步驟1，完成一道堆敷層后，將紅外溫度傳感器移動到層間溫度測量位置，焊槍、溫度傳感器與堆敷層位于同一垂直平面，機器人執行等待命令，開始溫度測量；

步驟2，下一道堆敷前，紅外溫度傳感器發射激光定位點定位于當前堆敷層的起點，采集當前堆敷層起點處的層間溫度信息；

步驟3，將紅外溫度傳感器獲取的溫度信號經過溫度采集控制儀進行濾波、標度轉換，然后傳遞到計算機，顯示溫度數值和溫度的動態變化曲線；

步驟4，對檢測溫度與預設溫度的進行比較，當檢測溫度低于預設溫度時，發出控制信號通過溫度采集控制儀的轉換調制后傳遞給機器人控制柜的輸入端口，機器人獲取信號后結束等待命令，執行下一道的堆敷；當檢測溫度高于預設值則繼續比較；

步驟5，重復執行步驟1至4，直至完成堆敷。

作為優選方式，層間溫度預設值為60-500℃，且層間溫度測量位置為焊槍位于堆敷層起點的正上方，與起點距離L₁為50mm-100mm，紅外溫度傳感器與水平方向的夾角為45°-80°，溫度傳感器與堆敷層起點之間的距離L₂為90mm-250mm。

優選的，等離子弧增材制造的絲材為H08Mn2Si碳鋼絲材、CrNi不銹鋼絲材和TiAl鈦合金絲材。