[發明專利]一種基板多點溫度監測及變形測量系統及工作方法

在審

• 申請號: 202010501994.0
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111693168A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 方學偉;任傳奇;楊金波;王帥鵬;白浩;楊健楠;黃科;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01K1/14;G01B11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明公開了一種基板多點溫度監測及變形測量系統及工作方法，本發明的系統通過若干溫度傳感器實時采集基板上的點溫度，通過激光測距傳感器實時采集基板的形變數據，能夠實現激光/電弧熔絲增材制造工藝成形過程中基板特征點的溫度的動態變化歷程，同步獲得增材成形熱累積作用下基板的實時翹曲形變量；本發明能夠實時監測所需基板特征點溫度隨電弧熔絲增材成形過程的動態變化歷程和熱積累作用下基板的實時定量變化，采樣頻率可根據實際工況進行調整，溫度傳感器數量及基板變形傳感器數量均不為定數，可根據實際需要來進行增加，系統易于安裝調試，無繁雜過程，簡便易行，可長時間工作，所保存測量數據無訪問限制。

技術領域

本發明屬于激光/電弧增材制造領域，具體涉及一種基板多點溫度監測及變形測量系統及工作方法。

背景技術

電弧熔絲增材制造技術(Wire and Arc additive Manufacturing,WAAM)和激光熔絲增材制造技術(Wire and Laser Additive Manufacturing，WLAM)是以絲材為原料，通過電弧將絲材逐層熔化堆積形成致密金屬零部件的過程。增材制造ASTM F3187-16標準將WAAM技術歸類于直接能量沉積(Direct Energy Deposition，DED)技術的一種。根據WAAM工藝熱源特性的不同，分為熔化極氣體保護焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW)，鎢極氣體保護焊(Gas Tungsten Arc Welding,GTAW)和等離子氣體保護焊(Plasma Arc Welding,PAW)三種。基于GMAW的熔化極方法效率是GTAW和PAW方法的2～3倍。但GMAW因成形過程中電弧直接作用于焊絲會產生更多的煙塵和飛濺。PAW擁有最大的能量密度可以實現高熔點難熔金屬大速度成形，同時減少變形。熔絲增材制造工藝在大型構件制造以其高效低成本，廣泛受到關注。

WAAM和WLAM工藝制造的構件機械性能在很多情況下可與傳統加工的部件相比，甚至超過傳統減材及其他增材制造技術，但針對關鍵構件，必須著力避免增材制造中的成形缺陷。WAAM成形過程中，基板與焊槍之間存在電弧，過高的熱輸入會引起飛濺，造成夾雜等缺陷，必須避免氣孔、高殘余應力和裂紋，特別是在極端環境中工作的部件，這些缺陷會導致諸如斷裂、高溫疲勞之類的失效。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種基板多點溫度監測及變形測量系統及工作方法，能夠用于實時測量成形過程中基板上多點的溫度變化歷程，同時定量監控成形過程中基板的動態變形扭曲過程，并可以存儲多特點及基板變形的實時數據，可為工藝研究提供原始數據支撐，同步可用于驗證電弧增材制造溫度場仿真及熱輸入控制等場合。

為了達到上述目的，一種基板多點溫度監測及變形測量系統，包括基板，基板上布設有若干溫度傳感器，基板側面設置有若干激光測距傳感器，溫度傳感器用于采集基板上的特征點溫度，激光測距傳感器用于采集基板特征點表面的形變量，所有溫度傳感器均連接控制器PLC的溫度采集模塊，所有激光測距傳感均連接在控制器PLC的模擬量采集模塊，控制器PLC連接計算機，計算機用于實時采集溫度傳感器和激光測距傳感器的數據，并進行顯示和儲存。

溫度傳感器采用墊片式熱電偶溫度傳感器。

溫度傳感器通過螺釘固定在基板上。

控制器PLC通過網絡連接計算機。

一種基板多點溫度監測及變形測量系統的工作方法，包括以下步驟：

步驟一，根據激光/電弧增材制造的需求，在基板上對應位置布設若干溫度傳感器；

步驟二，在基板側面布設若干激光測距傳感器，按照所需工況使激光測距傳感器能夠覆蓋整個基板特征點；

步驟三，在激光/電弧增材制造時，所有溫度傳感器持續采集基板上的點溫度，激光測距傳感器持續采集基板表面的形變量；