[發明專利]前饋補償的GTA填絲增材制造成形高度反饋控制方法

有效

• 申請號: 201810524076.2
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108723550B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 熊俊;皮宇鵬;陳輝
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095;B23K9/167;G06T5/00;G06T7/00;G06T7/10;G06T7/136;G06T7/181
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

1.前饋補償的GTA填絲增材制造成形高度反饋控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：調節視覺傳感器位置，使視覺傳感器光心垂直于GTA槍與成形路徑方向組成的平面，采集GTA電弧、電弧前方凝固金屬與電弧后方熔池圖像，設定鎢針尖端到成形層表面的理想控制值S₀為2.5-6.5mm，成形一層后，GTA槍抬升的高度z為0.4-1.9mm；

步驟二：引燃GTA電弧，沿成形路徑方向，在電弧前方金屬凝固區域設定第一矩形區域，第一矩形區域的正中心到GTA槍軸線的距離為6-9mm，在電弧后方熔池尾部金屬凝固區域設定第二矩形區域，第二矩形區域的正中心到GTA槍軸線的距離為5-15mm，采樣時刻為t時，利用圖像處理算法提取第一矩形區域內凝固金屬上的表面點，即前饋點，確定前饋點到GTA槍內鎢針末端的水平距離L，確定鎢針末端到前饋點的垂直距離S₁(t)，進一步利用圖像處理算法提取第二矩形區域內熔池尾部凝固金屬上的表面點，即反饋點，確定反饋點到GTA槍內鎢針末端的垂直距離S₂(t)；

步驟三：確定前饋超前參量d，計算t時刻的反饋點偏差error₂(t)＝S₂(t)-S₀，計算t-d時刻的前饋點偏差error₁(t-d)＝S₁(t-d)-z-S₀；其中，S₁(t-d)是(t-d)時刻前饋點到鎢針末端的垂直距離；

步驟四：將前饋點偏差累加補償到反饋點偏差中，計算t時刻反饋控制器的輸入偏差E(t)＝error₂(t)+error₁(t-d)，根據設計的控制器，由E(t)的大小和正負計算t時刻控制參數的調節量ΔWFS(t)；

步驟五：繼續重復步驟二、三、四，確定(t+1)時刻反饋控制器的輸入偏差E(t+1)和控制參數的調節量ΔWFS(t+1)。

2.根據權利要求1所述的前饋補償的GTA填絲增材制造成形高度反饋控制方法，其特征在于步驟二中所述的圖像處理算法步驟包括噪聲去除、凝固金屬邊緣提取、圖像自適應閾值分割和邊緣點擬合。

3.根據權利要求1所述的前饋補償的GTA填絲增材制造成形高度反饋控制方法，其特征在于步驟三中所述的前饋超前參量d是由前饋點到GTA槍內鎢針末端的水平距離L、GTA槍行走速度、控制系統檢測周期共同決定的，d＝[L/(V_sT)]，其中，V_s為GTA槍行走速度，單位為mm/s，T為檢測周期，單位為s，[]表示取整符號。

4.根據權利要求1所述的前饋補償的GTA填絲增材制造成形高度反饋控制方法，其特征在于步驟四中所述的反饋控制器為PID控制器或模糊控制器。