[發明專利]GMA增材制造路徑拐點成形控制方法

有效

• 申請號: 202011281990.2
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112475543B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 熊俊;張伊揚;張坤;陳輝
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K9/133
• 分類號: B23K9/133;B23K9/28;B23K9/32;B33Y10/00;B33Y30/00
• 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

1.一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于，所述路徑拐點為GMA增材制造過程中堆積路徑發生突變的位置，在具有路徑拐點的金屬構件GMA增材制造過程中，采集電流信號，進行濾波處理，閉環控制器以電流傳感值與電流設定值的誤差作為輸入信號，調節輔助填絲速度，解決路徑拐點處由于焊槍停駐而導致的駝峰問題，實現了GMA增材制造路徑拐點處成形高度的控制，包括以下步驟：

步驟一：調整GMA槍的姿態，使GMA槍垂直于基板，GMA槍噴嘴與基板間的距離設定為d₁；在GMA槍上安裝輔助填絲機構，輔助填絲機構與GMA槍的夾角為θ，輔助填絲機構導絲嘴端部平面的中心到GMA槍軸線的水平距離為d₂，電弧的電流設定為I₀；

步驟二：在電流為I₀的條件下引燃電弧，沿堆積路徑成形單層單道件，令輔助填絲速度V從0開始逐漸增大，直至輔助填絲無法繼續熔化，記錄此時的最大輔助填絲速度V_max，在[η₁V_max,η₂V_max]區間內任意選取輔助填絲速度V₀作為基礎工作點；

步驟三：在電流為I₀、輔助填絲速度為V₀的條件下引燃電弧，堆積金屬構件，開啟電流傳感器，電流信號采樣頻率設定為f，通過濾波算法對n個電流采樣值進行濾波并消除噪聲，取濾波后n個電流采樣值的平均值作為當前時刻的電流傳感值I，n設定為200-5000，當GMA槍運動至到路徑拐點的長度小于l時，開啟GMA增材制造控制系統，閉環控制器根據電流傳感值I與電流設定值I₀的誤差進行反饋控制，輸出輔助填絲速度V至輔助填絲機構，其中l設定為15-50mm；GMA槍經過路徑拐點，當GMA槍到路徑拐點的長度大于l時，關閉GMA增材制造控制系統，將輔助填絲速度設定為V₀，第一層堆積完成后，將GMA槍提升一個設定高度h；

步驟四：繼續執行步驟三，直至第二層、第三層以及剩余層堆積完成，實現對金屬構件路徑拐點成形高度的控制。

2.根據權利要求1所述的一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于：步驟一中所述的夾角θ的取值范圍為10°-30°，d₂的取值范圍為3-8mm。

3.根據權利要求1所述的一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于：步驟三中所述的電流傳感器為霍爾電流傳感器。

4.根據權利要求1所述的一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于：步驟三中所述的濾波算法為基于經典模態分解的小波包閾值濾波算法。

5.根據權利要求1所述的一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于：步驟三中所述的采樣頻率f的取值范圍為1kHz-10kHz。

6.根據權利要求1所述的一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于：輔助填絲所使用絲材成分與GMA槍中的絲材相同。

7.根據權利要求1所述的一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于：所述輔助填絲機構包括：送絲機、導絲管和導絲嘴，送絲機中的焊絲從導絲管中穿過，導絲嘴連接在導絲管末端。

8.根據權利要求1所述的一種GMA增材制造路徑拐點成形控制方法，其特征在于：所述GMA增材制造控制系統包括：基板(1)、堆積層(2)、GMA增材制造電源(3)、GMA槍(4)、電流傳感器(5)、計算機(6)、送絲機(7)、導絲管(8)、導絲嘴(9)；其中，送絲機(7)、導絲管(8)和導絲嘴(9)構成輔助填絲系統，GMA增材制造電源(3)負極與基板(1)連接、正極與GMA槍(4)連接，電流傳感器(5)中的霍爾電流傳感器與基板(1)和GMA槍(4)連接，GMA槍(4)和導絲嘴(9)通過夾具連接，GMA增材制造電源(3)和送絲機(7)通過數據采集卡連接至計算機(6)；電流傳感器(5)包括霍爾電流傳感器和數據采集卡，霍爾電流傳感器實時采集堆積過程中的電流信號，數據采集卡將電流信號模擬量轉化為數字量傳輸至計算機(6)，計算機(6)中的閉環控制器根據濾波后的電流傳感值與電流設定值的誤差進行反饋控制，發出調整信號改變送絲機(7)的輔助填絲速度，從而實現堆積層(2)路徑拐點處成形高度的控制；運動執行機構為移動工作臺，GMA槍(4)通過夾具固定在垂直移動工作臺上，水平移動工作臺控制基板(1)運動。