[發(fā)明專利]一種基于高速視覺和電參數(shù)協(xié)同傳感控制的高氮鋼電弧增材系統(tǒng)及其控制方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011157575.6 | 申請日： | 2020-10-26 |
| 公開（公告）號： | CN112238279B | 公開（公告）日： | 2021-11-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 彭勇;方輝;王克鴻;程遠;李瑞峰;劉江華;郭振;王小滿;張考 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京聯(lián)空智能增材研究院有限公司 |
| 主分類號： | B23K9/04 | 分類號： | B23K9/04;B33Y10/00;B33Y30/00 |
| 代理公司： | 南京泰普專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32360 | 代理人： | 張磊 |
| 地址： | 211000 江蘇省南京市江寧空港*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 高速 視覺 參數(shù) 協(xié)同 傳感 控制 高氮鋼 電弧 系統(tǒng) 及其 方法 | ||
本發(fā)明提出一種基于高速視覺和電參數(shù)協(xié)同傳感控制的高氮鋼電弧增材系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)包括增材機器人、CMT電源、CMT焊槍、激光器、高速相機、電信號采集單元、上位機控制器；高速相機與激光器聚焦于焊絲末端用于采集熔滴過渡圖像，上位機控制器用于接收高速相機采集到的熔滴圖像和電信號采集單元采集到的電流電壓波形，提取圖像中的熔滴尺寸；電弧增材的方法為：使得脈沖階段形成的熔滴在CMT階段完成過渡，接著通過上位機控制器以脈沖階段形成的熔滴的直徑為反饋量，以脈沖峰值電流時間和脈沖峰值電流大小為控制量，在保證每一道熔敷金屬成型良好的基礎(chǔ)上減小因熔滴過大進而爆炸產(chǎn)生的飛濺，提高了高氮鋼焊絲電弧增材的穩(wěn)定性，減少了飛濺清理工作量。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及金屬電弧增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于高速視覺和電參數(shù)協(xié)同傳感控制的高氮鋼電弧增材系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)
高氮鋼是指氮含量達到0.08%以上的鐵素體鋼或者氮含量達到0.4%以上的奧氏體鋼。其中，高氮奧氏體不銹鋼使用氮元素作為主要的奧氏體化元素來替代日益昂貴的鎳元素，從而達到降低成本的目的。高氮奧氏體不銹鋼具有（1）成本較低；（2）屈服強度、拉伸強度高和延展性好；（3）應(yīng)變硬化潛力高；（4）斷裂韌性高；（5）阻止形成變形誘導(dǎo)馬氏體；（6）很好的耐腐蝕性能；（7）低磁導(dǎo)率等一系列優(yōu)點，這些優(yōu)點使其在大型結(jié)構(gòu)、高強度建筑鋼筋、礦山開采、防彈裝甲、海洋平臺和醫(yī)療器械等多領(lǐng)域都有十分廣闊的應(yīng)用前景。
高氮鋼焊絲由于其本身的成分特點（高氮、高錳），在熔化極電弧增材工藝條件下，很容易就形成大量飛濺，極大地增加了清理工作量和缺陷產(chǎn)生的概率。通過研究與觀察發(fā)現(xiàn)熔滴在形成與長大階段便發(fā)生劇烈爆炸，爆炸導(dǎo)致大熔滴被分散成無數(shù)細小的液滴，此時一部分小液滴過渡到熔池中成為熔敷金屬，而另一部分未進入熔池的微細液滴則在爆炸力作用下向四周飛散出去成為飛濺，并且在重力作用下梯度分布在熔池四周。這些飛濺在空氣中被氧化后落在構(gòu)件表面，在移動電弧熱源的加熱作用下重新熔化進入層間，進而導(dǎo)致增材件層間產(chǎn)生裂紋。
因此，減小高氮鋼電弧增材過程中因為熔滴過大而爆炸產(chǎn)生的飛濺，提高增材過程的穩(wěn)定性和增材件的合格率是高氮鋼焊絲電弧增材亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：一個目的是提出一種基于高速視覺和電參數(shù)協(xié)同傳感控制的高氮鋼電弧增材系統(tǒng)，以減小高氮鋼電弧增材過程中因為熔滴過大而爆炸產(chǎn)生的飛濺，提高增材過程的穩(wěn)定性和增材件的合格率。進一步目的是提出一種基于上述系統(tǒng)的控制方法。
技術(shù)方案：一種基于高速視覺和電參數(shù)協(xié)同傳感控制的高氮鋼電弧增材系統(tǒng)，包括用于控制焊槍運動的增材機器人；用于提供焊接電流的CMT電源；用于熔化絲材進行增材工作的CMT焊槍；用于產(chǎn)生高速相機拍攝熔滴過渡時的光源的激光器；
用于拍攝增材時熔滴過渡狀態(tài)的高速相機；用于采集增材時電流電壓波形的電信號采集單元；以及用于接收增材時采集到的熔滴過渡圖像和電流電壓波形，并根據(jù)熔滴大小和狀態(tài)控制CMT電源的焊接電流電壓波形的上位機控制器。
在進一步的實施例中，所述CMT電源產(chǎn)生CMT+P的復(fù)合電流電壓波形，所述激光器產(chǎn)生的激光波長為810nm；所述高速相機的鏡頭前設(shè)有與所述激光器匹配、且用于過濾弧光的810nm濾光片，所述高速相機以5000Hz的拍攝頻率拍攝。
在進一步的實施例中，所述電信號采集單元與所述高速相機相連，電信號采集單元開始采集時給高速相機一個3V外部脈沖觸發(fā)信號實現(xiàn)同步采集，電信號采集單元采集頻率為5000Hz。
在進一步的實施例中，所述上位機控制器接收來自所述高速相機采集到的熔滴過渡圖像，并接收來自所述電信號采集單元上傳的電流電壓波形，實時提取熔滴大小和過渡特性，將熔滴大小與預(yù)設(shè)閾值進行對比，同時反饋給CMT電源進行輸出電流電壓波形的實時調(diào)節(jié)。
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