[發(fā)明專(zhuān)利]一種電子束熔絲沉積熔滴過(guò)渡距離的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811489898.8
• 申請(qǐng)日: 2018-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109623122B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 都東;常樹(shù)鶴;張昊宇;王力;常保華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K15/00
• 分類(lèi)號(hào): B23K15/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種電子束熔絲沉積中熔滴過(guò)渡距離的控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)向待沉積增材工件上發(fā)射一束高能電子束，電子束將連續(xù)送入的絲材熔化，形成熔滴，熔滴過(guò)渡到待沉積增材工件上，在待沉積增材工件形成熔池，將電子束軸線L1與熔滴軸線L2的交點(diǎn)P₁的縱坐標(biāo)記為Y₁，將電子束軸線L1與熔池長(zhǎng)軸L3的交點(diǎn)P₂的縱坐標(biāo)記為Y₂，定義熔滴過(guò)渡距離為△Y：△Y＝Y(jié)1–Y2；

(2)開(kāi)始沉積時(shí)，使待沉積增材工件根據(jù)設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行電子束熔絲沉積成形；

(3)在采樣時(shí)刻t，實(shí)時(shí)采集熔滴過(guò)渡區(qū)域的圖像，對(duì)熔滴過(guò)渡區(qū)域的圖像進(jìn)行圖像處理，獲得熔滴過(guò)渡距離，并根據(jù)得到的信息，對(duì)電子束熔絲沉積增材制造過(guò)程中的熔滴過(guò)渡距離進(jìn)行控制，包括以下步驟：

(3-1)獲取熔滴過(guò)渡區(qū)域的圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)和去燥處理，得到增強(qiáng)后的熔滴過(guò)渡區(qū)域圖像；

(3-2)提取增強(qiáng)后的熔滴過(guò)渡區(qū)域圖像中的灰度梯度特征，得到灰度梯度圖像；

(3-3)對(duì)步驟(3-2)的灰度梯度圖像進(jìn)行閾值分割，得到二值化圖像，從二值化圖像中檢測(cè)得到熔池輪廓S2和熔滴輪廓S1；

(3-4)對(duì)步驟(3-3)的熔滴輪廓進(jìn)行霍夫變換，得到絲材末端的熔滴軸線L2的方程F₁：

Y＝K₁X+b₁

其中，K₁為熔滴軸線L2的斜率，b₁為熔滴軸線L2的截距，X為橫坐標(biāo)，Y為縱坐標(biāo)；

(3-5)對(duì)步驟(3-3)的熔池輪廓進(jìn)行霍夫變換，得到熔池長(zhǎng)軸L3的方程F₂：

Y＝K₂X+b₂

其中，K₂為熔池長(zhǎng)軸L3的斜率，b₂為熔池長(zhǎng)軸L3的截距，X為橫坐標(biāo)，Y為縱坐標(biāo)；

(3-6)設(shè)電子束軸線的橫坐標(biāo)為X₃，將X₃代入熔滴軸線L2的方程F₁中，求解得到電子束軸線與熔滴軸線的交點(diǎn)P₁的縱坐標(biāo)Y₁，將X₃代入熔池長(zhǎng)軸L3方程F₂中，求解得到電子束軸線與熔池長(zhǎng)軸的交點(diǎn)P₂的縱坐標(biāo)Y₂，進(jìn)而得到當(dāng)前熔滴過(guò)渡距離△Y_c：△Y_c＝Y(jié)1–Y2；

(3-7)根據(jù)待沉積增材工件的工藝要求，設(shè)定一個(gè)目標(biāo)熔滴過(guò)渡距離△Y_o，計(jì)算當(dāng)前熔滴過(guò)渡距離△Y_c與目標(biāo)熔滴過(guò)渡距離△Y_o的偏差E：E＝△Y_o－△Y_c，將E作為實(shí)時(shí)監(jiān)控的狀態(tài)量；

(3-8)根據(jù)步驟(3-7)的實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)量E，利用比例-積分-微分控制方法，通過(guò)下式計(jì)算熔滴過(guò)渡距離△Y的調(diào)整量ε：

其中，t為采樣時(shí)刻，KP為比例-積分-微分控制中的比例系數(shù)，該比例系數(shù)的取值范圍為0.1～10，TI為比例-積分-微分控制中的積分系數(shù)，該比例系數(shù)的取值范圍為0.01～0.5，TD為比例-積分-微分控制中的微分系數(shù)，該微分系數(shù)的取值范圍為0.01～0.5；

(3-9)根據(jù)調(diào)整量ε，使絲材沿Y軸作相應(yīng)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子束熔絲沉積中熔滴過(guò)渡距離的控制。