專(zhuān)利名稱(chēng)：聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)熱絲小功率激光模具修復(fù)方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車(chē)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，609Γ80%的零部件都要依靠模具成形。寧波是我國(guó)模具主要生產(chǎn)基地之一。目前，全市共有模具及配套企業(yè)6000余家，專(zhuān)業(yè)模具企業(yè)4700余家，從業(yè)人員超過(guò)20萬(wàn)人。2010年，全市規(guī)模以上專(zhuān)業(yè)模具生產(chǎn)企業(yè)152家，實(shí)現(xiàn)模具工業(yè)總產(chǎn)值277億元，實(shí)現(xiàn)利稅71.4億元，其中利潤(rùn)總額63.6億元。2010年模具出口交貨值6.2億元，2006年至2010年模具出口平均以30%的速度增長(zhǎng)，寧波模具工業(yè)總產(chǎn)值和銷(xiāo)售額在2006年 2010年均以20%以上的速度快速發(fā)展；在中國(guó)模協(xié)所列的十大類(lèi)模具中，寧波以塑料模具、壓鑄模具、鑄造模具、粉末冶金模具著稱(chēng)。壓鑄模占全國(guó)45%，鑄造模占全國(guó)60%，粉末冶金模占全國(guó)25%，塑料模占全國(guó)16%。寧波模具產(chǎn)業(yè)區(qū)域特色明顯。寧海的大型塑料模、北侖的壓鑄模、余姚的精密塑料模、慈溪的家電模、象山的鑄造模、鄞州的汽車(chē)零部件模等特色模具在國(guó)內(nèi)已有較大影響。國(guó)家有關(guān)部門(mén)分別授予寧海為“中國(guó)塑料模具生產(chǎn)基地”和“塑料模之鄉(xiāng)”、余姚為“中國(guó)輕工模具生產(chǎn)基地”、北侖為“壓鑄模之鄉(xiāng)”、象山為“鑄造模之鄉(xiāng)”等，寧波市被授予“中國(guó)模具之都”。雖然我國(guó)模具生產(chǎn)發(fā)展很快，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大差距，主要表現(xiàn)在制造周期長(zhǎng)、制造精度低、模具壽命短等方面，其中模具壽命短的問(wèn)題尤為突出。如國(guó)內(nèi)普通壓鑄模具壽命一般為3-10萬(wàn)模次，國(guó)外可達(dá)到10-35萬(wàn)模次，對(duì)于那些要求保留壓鑄表面的制品，模具壽命有時(shí)僅有1-2萬(wàn)模次。模具壽命短直接導(dǎo)致資源浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的上升，因此，開(kāi)展模具修復(fù)再造技術(shù)研究，延長(zhǎng)模具使用壽命，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，如果通過(guò)模具修復(fù)再造技術(shù)提高模具壽命20%以上，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益。激光焊接過(guò)程的空氣負(fù)載聲發(fā)`穩(wěn)定性等，可以作為焊接質(zhì)量實(shí)時(shí)控制被控制量的一個(gè)間接變量。視覺(jué)傳感一般對(duì)焊接表面的狀態(tài)比較敏感，但對(duì)焊縫飛濺、缺陷等存在檢測(cè)困難。它們又同時(shí)能檢測(cè)焊縫錯(cuò)邊、間隙、熔池及匙孔狀態(tài)等焊接狀態(tài)。根據(jù)視覺(jué)傳感賦予操作者“看”的功能，空氣負(fù)載聲發(fā)射賦予操作者“聽(tīng)”的功能，擬以模具修復(fù)狀態(tài)視覺(jué)傳感控制模型為主，利用激光焊接電弧聲聽(tīng)覺(jué)與圖像傳感視覺(jué)互補(bǔ)性和相關(guān)性，模擬人的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)對(duì)焊接過(guò)程質(zhì)量控制信息融和處理過(guò)程，提供提高模具修復(fù)質(zhì)量和效率一種新方法。目前為止還沒(méi)有聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)熱絲小功率激光模具修復(fù)方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
下面對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述:
當(dāng)前模具應(yīng)用企業(yè)遇到精密模具修復(fù)一般返回模具生產(chǎn)廠家，如果是進(jìn)口模具，修復(fù)周期較長(zhǎng)、費(fèi)用高。模具激光手動(dòng)填絲修復(fù)工藝復(fù)雜，對(duì)焊工操作技術(shù)要求高，修復(fù)效率低，影響小功率激光模具手動(dòng)修復(fù)技術(shù)推廣。如果能提高小功率激光模具修復(fù)自動(dòng)化和智能化，減少對(duì)焊工技能要求，提高模具修復(fù)質(zhì)量和效率，將會(huì)促進(jìn)激光模具修復(fù)技術(shù)在模具應(yīng)用企業(yè)推廣。本發(fā)明提供的聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)熱絲小功率激光模具修復(fù)方法，其具體步驟為:
利用自動(dòng)熱絲技術(shù)、視覺(jué)傳感，聲發(fā)射傳感和小功率激光技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化小功率激光模具修復(fù)工藝參數(shù)，利用數(shù)據(jù)和特征信息多智能體決策融合技術(shù)，對(duì)視覺(jué)和聲發(fā)射系統(tǒng)采集的激光模具修復(fù)狀態(tài)特征信息進(jìn)行融合處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)激光器、送絲機(jī)和五自由度數(shù)控工作臺(tái)完成對(duì)激光模具修復(fù)質(zhì)量控制。本熱絲小功率激光模具修復(fù)設(shè)備，由控制單元、聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)采集系統(tǒng)，可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)、激光器和五自由度數(shù)控工作臺(tái)組成，它的總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖1，下面分別詳細(xì)說(shuō)明。1.控制單元:控制單元是一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝了熱絲小功率激光模具修復(fù)工藝模塊、聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊和數(shù)控加工模塊。“熱絲小功率激光模具修復(fù)工藝模塊”主要部分是加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)和優(yōu)化的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫(kù)中每一條數(shù)據(jù)記錄包括材料的牌號(hào)、原始顯微組織，激光器的頻率、電流強(qiáng)度、脈寬、掃描速度，激光焊絲材料、直徑、溫度、送絲速度，功能表面裂紋形式、位置，功能表面磨損形式、位置?！奥暟l(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊”是利用數(shù)據(jù)和特征信息多智能體決策融合技術(shù)，對(duì)視覺(jué)和聲發(fā)射系統(tǒng)采集的激光模具修復(fù)狀態(tài)特征信息進(jìn)行融合處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)激光器、送絲機(jī)和五自由度數(shù)控工作臺(tái)完成對(duì)激光模具修復(fù)質(zhì)量控制?！盁峤z小功率激光模具修復(fù)數(shù)控加工模塊”可根據(jù)模具表面裂紋和磨損外形、尺寸、等手工示教，生成數(shù) 控加工程序；可以根據(jù)功能表面裂紋和磨損狀態(tài)，視覺(jué)引導(dǎo)規(guī)劃模具激光修復(fù)路徑，生成數(shù)控加工程序；可以根據(jù)設(shè)計(jì)好模具修復(fù)路徑和工藝參數(shù)自動(dòng)形成數(shù)控加工程序；也可以在其它計(jì)算機(jī)根據(jù)模具CAD圖，生成數(shù)控加工程序，然后導(dǎo)入該示教系統(tǒng)中。2.聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)采集系統(tǒng):聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)采集系統(tǒng)為與激光器同軸連接，通過(guò)CCD視覺(jué)傳感激光焊絲位置及熔化狀態(tài)、模具修復(fù)熔池及成形特征，通過(guò)聲發(fā)射采集模具激光修復(fù)缺陷、飛濺、修復(fù)穩(wěn)定性等特征信號(hào)，上傳給控制單元聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊。3.激光器:激光器是小于500W光纖傳導(dǎo)小功率Nd = YAG固體激光器或光纖激光器。4.可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī):可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)為微機(jī)控制，激光焊絲直徑為0.Γ0.6mm，焊絲控溫范圍5(T400°C，控溫精度1°C，送絲速度為1.(T20m/min，送絲速度誤差小于5%，與激光器通過(guò)緊固件連接，焊絲與激光束相互定位精度小于±0.2 mm。5.五自由度數(shù)控工作臺(tái):五自由度數(shù)控工作臺(tái)由熱絲小功率激光模具修復(fù)數(shù)控加工軟件系統(tǒng)和五自由度機(jī)械工作臺(tái)組成，數(shù)控加工軟件系統(tǒng)可以使激光頭沿A軸、C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，沿Z軸移動(dòng)，使工件安裝臺(tái)沿X、Y軸移動(dòng)。其中的工件安裝臺(tái)由X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、XY工作臺(tái)組成，其特征在于Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在床身上，X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，XY工作臺(tái)上放置模具；激光頭與A軸驅(qū)動(dòng)相連，A軸驅(qū)動(dòng)與C軸驅(qū)動(dòng)相連，安裝在雙擺頭座上；雙擺頭座安裝在立柱上，可沿Z軸移動(dòng)。工作臺(tái)的機(jī)械構(gòu)造如圖2所示，熱絲小功率激光模具修復(fù)方法流程如下:
1、將模具夾持在工作臺(tái)上，閉合電源，啟動(dòng)五自由度數(shù)控工作臺(tái)、激光器電源、視覺(jué)采集系統(tǒng)、聲發(fā)射采集系統(tǒng)和可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)；
2、通過(guò)五自由度數(shù)控工作臺(tái)調(diào)整激光焦點(diǎn)和模具表面相對(duì)位置，通過(guò)送絲機(jī)調(diào)整激光焊絲和功能表面、激光焦點(diǎn)位置；
3、啟動(dòng)“熱絲小功率激光模具修復(fù)工藝模塊”，按照程序提示輸入信息，確定激光填絲優(yōu)化工藝參數(shù)。啟動(dòng)“熱絲小功率激光模具修復(fù)數(shù)控加工模塊”，可根據(jù)模具表面的外形、尺寸、裂紋和磨損位姿等,手工示教,生成數(shù)控加工程序； 4、啟動(dòng)“加工開(kāi)始”，工藝參數(shù)中關(guān)于激光能量的參數(shù)傳遞到激光器，激光器電源按照微型計(jì)算機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)設(shè)置激光參數(shù)；將加工程序傳遞到數(shù)控工作臺(tái)，數(shù)控平臺(tái)按照加工程序控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)；
5、加工過(guò)程中，“聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊”是利用數(shù)據(jù)和特征信息多智能體決策融合技術(shù)，對(duì)視覺(jué)和聲發(fā)射系統(tǒng)采集的激光模具修復(fù)狀態(tài)特征信息進(jìn)行融合處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)激光器、送絲機(jī)和五自由度數(shù)控工作臺(tái)完成對(duì)激光模具修復(fù)質(zhì)量控制。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、根據(jù)視覺(jué)傳感賦予操作者“看”的功能，空氣負(fù)載聲發(fā)射賦予操作者“聽(tīng)”的功能，擬以模具修復(fù)狀態(tài)視覺(jué)傳感控制模型為主，利用激光焊接電弧聲聽(tīng)覺(jué)與圖像傳感視覺(jué)互補(bǔ)性和相關(guān)性，模擬人的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)對(duì)焊接過(guò)程質(zhì)量控制信息融和處理過(guò)程，提供提高模具修復(fù)質(zhì)量和效率新方法。2、模具激光手動(dòng)填絲修復(fù)工藝復(fù)雜，對(duì)焊工操作技術(shù)要求高，修復(fù)效率低，影響小功率激光模具手動(dòng)修復(fù)技術(shù)推廣。小功率激光模具修復(fù)自動(dòng)化和智能化，減少對(duì)焊工技能要求，提高模具修復(fù)質(zhì)量和效率，促進(jìn)激光模具修復(fù)技術(shù)在模具應(yīng)用企業(yè)推廣。3、聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)熱絲小功率激光模具修復(fù)設(shè)備提高模具激光修復(fù)自動(dòng)化和智能化，具有操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高特點(diǎn)。


圖1聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)激光模具修復(fù)設(shè)備的總體控制結(jié)構(gòu)示意圖。圖2聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)激光模具修復(fù)設(shè)備主視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖給出的實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
1、將模具夾持在工作臺(tái)上，閉合電源，啟動(dòng)五自由度數(shù)控工作臺(tái)、激光器電源、視覺(jué)采集系統(tǒng)、聲發(fā)射采集系統(tǒng)和可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)。2、通過(guò)五自由度數(shù)控工作臺(tái)調(diào)整激光焦點(diǎn)和模具表面相對(duì)位置，通過(guò)送絲機(jī)調(diào)整激光焊絲和功能表面、激光焦點(diǎn)位置。3、啟動(dòng)“熱絲小功率激光模具修復(fù)工藝模塊”，按照程序提示輸入信息，確定激光填絲優(yōu)化工藝參數(shù)。啟動(dòng)“熱絲小功率激光模具修復(fù)數(shù)控加工模塊”，可根據(jù)模具表面的外形、尺寸、裂紋和磨損位姿等，手工示教，生成數(shù)控加工程序。4、啟動(dòng)“加工開(kāi)始”，工藝參數(shù)中關(guān)于激光能量的參數(shù)傳遞到激光器，激光器電源按照微型計(jì)算機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)設(shè)置激光參數(shù)；將加工程序傳遞到數(shù)控工作臺(tái)，數(shù)控平臺(tái)按照加工程序控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。5、加工過(guò)程中，“聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊”是利用數(shù)據(jù)和特征信息多智能體決策融合技術(shù)，對(duì)視覺(jué)和聲發(fā)射系統(tǒng)采集的激光模具修復(fù)狀態(tài)特征信息進(jìn)行融合處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)激光器、送絲機(jī)和五自由度數(shù)控工作臺(tái)完成對(duì)激光模具修復(fù)質(zhì)量控制。分析汽車(chē)零件制品出現(xiàn)表面質(zhì)量問(wèn)題，確定模具表面易產(chǎn)生裂紋位置，采用脈沖YAG激光器，聚焦透鏡焦距f=100mm，激光焊接電流180A、離焦量為-2.5時(shí)，頻率6HZ，填絲角度小于30度、焊接速度30mm/min，材料為H13激光焊絲，填絲直徑為0.4mm，送絲速度40mm/min，熱絲溫度20(TC，氬氣流量10.0ml/min，激光填絲修補(bǔ)壓注模的效率較手動(dòng)修復(fù)提高2倍以上，模具壽命提高80 %以上。
權(quán)利要求
1.一種聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)熱絲小功率激光模具修復(fù)設(shè)備，由控制單元、聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)采集系統(tǒng)，可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)、激光器和五自由度數(shù)控工作臺(tái)組成，其特征在于控制單元分別與激光器、聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)采集系統(tǒng)，可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)和五自由度數(shù)控工作臺(tái)的通訊接口系統(tǒng)相連。
2.按權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于所述的控制單元為熱絲小功率激光模具修復(fù)工藝模塊、聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊和數(shù)控加工模塊的集成。
3.按權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述的聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)采集系統(tǒng)為與激光器同軸連接，通過(guò)CCD視覺(jué)傳感激光焊絲位置及熔化狀態(tài)、模具修復(fù)熔池及成形特征，通過(guò)聲發(fā)射采集模具激光修復(fù)缺陷、飛濺、修復(fù)穩(wěn)定性等特征信號(hào)，上傳給控制單元聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊。
4.按權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述的聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)數(shù)據(jù)融合模塊為利用數(shù)據(jù)和特征信息多智能體決策融合技術(shù)，對(duì)視覺(jué)和聲發(fā)射系統(tǒng)采集的激光模具修復(fù)狀態(tài)特征信息進(jìn)行融合處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)激光器、送絲機(jī)和五自由度數(shù)控工作臺(tái)完成對(duì)激光模具修復(fù)質(zhì)量控制。
5.按權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于所述的可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)為微機(jī)控制，激光焊絲直徑為O. Γ0. 6mm，焊絲控溫范圍5(T400°C，送絲速度為I. (T20m/min，送絲速度誤差小于5%，與激光器通過(guò)緊固件連接，焊絲與激光束相互定位精度小于±0. 2 mm ;五自由度數(shù)控工作臺(tái)由小功率激光模具修復(fù)數(shù)控加工軟件系統(tǒng)和五自由度機(jī)械工作臺(tái)組成，控制單元可以使激光頭沿A軸、C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，沿Z軸移動(dòng)，使工件安裝臺(tái)沿X、Y軸移動(dòng)；其中的工件安裝臺(tái)由X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、XY工作臺(tái)組成，其特征在于Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在床身上，X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，XY工作臺(tái)上放置模具；激光頭與A軸驅(qū)動(dòng)相連，A軸驅(qū)動(dòng)與C軸驅(qū)動(dòng)相連，安裝在雙擺頭座上；雙擺頭座安裝在立柱上，可沿Z軸移動(dòng)。
6.一種采用如權(quán)利要求I所述的聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)熱絲小功率激光模具修復(fù)方法，其特征在于利用激光填絲加工的方法，對(duì)模具表面進(jìn)行局部修復(fù)再造；所述模具功能表面包括模具成型件表面、凸模表面、凹模表面。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)是以同軸視覺(jué)監(jiān)控為主，以聲發(fā)射信號(hào)為輔，利用數(shù)據(jù)和特征信息多智能體決策融合技術(shù)，完成激光模具修復(fù)狀態(tài)變化實(shí)時(shí)監(jiān)控。
8.按權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述的小功率激光是小于500W光纖傳導(dǎo)小功率Nd: YAG固體激光器或光纖激光器。
全文摘要
一種聲發(fā)射輔助同軸視覺(jué)熱絲小功率激光模具修復(fù)方法和設(shè)備屬于金屬材料加工領(lǐng)域，目的是提供一種能有效提高模具修復(fù)質(zhì)量和效率的工藝方法及設(shè)備。本發(fā)明針對(duì)不同模具金屬基體材料，利用熱絲技術(shù)、視覺(jué)傳感、聲發(fā)射和小功率激光技術(shù)相結(jié)合，模擬人的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)對(duì)焊接過(guò)程質(zhì)量控制信息融和處理過(guò)程，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光模具修復(fù)狀態(tài)變化情況，提高模具修復(fù)質(zhì)量和效率。為實(shí)施上述工藝方法，研制了由控制單元、視覺(jué)系統(tǒng)、聲發(fā)射傳感、可調(diào)溫?zé)峤z送絲機(jī)、激光器和五自由度數(shù)控工作臺(tái)構(gòu)成的強(qiáng)化設(shè)備，有效提高模具功能表面抗熱疲勞性和耐磨性，且性能價(jià)格比好，生產(chǎn)效率高。
文檔編號(hào)B23K26/03GK103252573SQ20131012682
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者劉立君, 王義強(qiáng), 李繼強(qiáng), 柳學(xué)楊, 張偉杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院