本發(fā)明涉及增材修補(bǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于非熔化極氣體保護(hù)焊的3D增材修補(bǔ)裝置及其修補(bǔ)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的增材修補(bǔ)方法主要有激光融覆、電弧堆焊、電涂鍍、熱噴涂技術(shù)等。激光融覆技術(shù)是利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。電弧堆焊是利用焊條或電極熔敷在基材表面進(jìn)行堆焊。電涂鍍技術(shù)是利用直流電通過電解液時(shí)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)金屬在鍍件表面上沉積。熱噴涂是利用某種熱源將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術(shù)。

以上修補(bǔ)方法都有一定的局限性，其中激光融覆技術(shù)會(huì)導(dǎo)致過渡區(qū)應(yīng)力集中；電涂鍍技術(shù)存在涂層結(jié)合強(qiáng)度和本身強(qiáng)度不足的問題；電弧堆焊技術(shù)和熱噴涂技術(shù)的熱影響區(qū)大，易造成工件變形。另外，上述修補(bǔ)技術(shù)在修補(bǔ)前未能精確地得到缺陷輪廓參數(shù)，導(dǎo)致修補(bǔ)后的工件仍然存在一定缺陷，修補(bǔ)效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作方便、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)的非熔化極氣體保護(hù)焊3D增材修補(bǔ)裝置。

本發(fā)明的另一目的在于，提供一種基于上述修補(bǔ)裝置的修補(bǔ)方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種非熔化極氣體保護(hù)焊3D增材修補(bǔ)裝置，主要包括控制器、位于修復(fù)工件上方的四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、以及設(shè)置在聯(lián)動(dòng)平臺(tái)上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器、用于獲取熔池狀態(tài)信息的紅外視覺傳感器、夾具、非熔化極焊炬、送絲單元和焊絲盤。所述控制器與四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、激光視覺傳感器、紅外視覺傳感器、非熔化極焊炬和送絲單元連接。

具體的，所述控制器與四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)連接，控制非熔化極焊炬在三個(gè)方向上的移動(dòng)及水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，使非熔化極焊炬在焊接平臺(tái)上以最合適的位置和角度對(duì)缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。所述控制器與激光視覺傳感器連接，用于驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器并獲取缺陷的三維輪廓，控制器根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)對(duì)缺陷的三維輪廓進(jìn)行重建，生成最優(yōu)控制代碼。所述控制器與紅外視覺傳感器連接，用于驅(qū)動(dòng)紅外視覺傳感器并獲取熔池的實(shí)時(shí)圖像時(shí)頻參數(shù)，在修補(bǔ)過程中，根據(jù)熔池狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整修補(bǔ)參數(shù)，獲得更好的修補(bǔ)效果。所述控制器與非熔化極焊炬電連接，用于控制非熔化極焊炬的電流大小及保護(hù)氣體的流量。所述控制器與送絲單元電連接，實(shí)時(shí)調(diào)整送絲單元的送絲速度。所述夾具的一端與四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)連接，另一端與非熔化極焊炬固定，四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)通過夾具帶動(dòng)非熔化極焊炬移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整到合適的焊接位置。所述送絲單元安裝在非熔化極焊炬上，可相對(duì)非熔化極焊炬上下擺動(dòng)，用于調(diào)整焊絲的送絲角度。所述焊絲盤安裝在送絲單元上，通過填充焊絲與送絲單元連接，填充焊絲纏繞在焊絲盤上，并穿過送絲單元。

具體的，所述四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)用于控制非熔化極焊炬的位置并調(diào)整非熔化極焊炬的焊接角度，其組成主要包括沿X軸方向運(yùn)動(dòng)的X軸移動(dòng)單元、沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)的Y軸移動(dòng)單元、沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)的Z軸移動(dòng)單元和繞垂直于工件的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元。所述X軸移動(dòng)單元固定在修補(bǔ)平臺(tái)上，位于修補(bǔ)工位的上方，Y軸移動(dòng)單元安裝在X軸移動(dòng)單元上，Z軸移動(dòng)單元安裝在Y軸移動(dòng)單元上，A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元安裝在Z軸移動(dòng)單元上，可相對(duì)Z軸移動(dòng)單元水平轉(zhuǎn)動(dòng)。所述A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元與夾具固定連接，帶著非熔化極焊炬水平轉(zhuǎn)動(dòng)，用于調(diào)整非熔化極焊炬的焊接角度。

具體的，所述非熔化極焊炬主要包括用于放電的鎢極、電極夾、噴嘴、保護(hù)氣體。電極夾將鎢極夾緊并安裝在噴嘴內(nèi)，噴嘴與鎢極之間留有間隙，該間隙用于通入保護(hù)氣體。在焊接時(shí)，保護(hù)氣體從上往下進(jìn)入間隙，將鎢極和焊接位置覆蓋，形成保護(hù)區(qū)。鎢極與工件之間通過放電形式形成電弧，填充焊絲和缺陷位置附近的金屬在電弧的作用下熔化，形成熔池，待熔池冷卻后便成為工件的一部分，完成工件缺陷的增材修補(bǔ)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述非熔化極焊炬與送絲單元之間通過角度調(diào)節(jié)單元連接，實(shí)現(xiàn)送絲角度的可調(diào)節(jié),使修補(bǔ)裝置適應(yīng)更復(fù)雜的焊接條件，同時(shí)可以優(yōu)化焊接性能，獲得更理想的焊接效果。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述紅外視覺傳感器采用波長(zhǎng)較短的近紅外線作為視覺傳感器的光源。與遠(yuǎn)紅外線相比，近紅外線探測(cè)的深度較深，獲取的信息量較多。由于電弧焊在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生電弧的輻射光干擾，選用近紅外視覺傳感器可以濾去電弧的弧光干擾，提高熔池圖像的成像質(zhì)量。優(yōu)選的，本發(fā)明優(yōu)先采用波長(zhǎng)約為950納米的近紅外光源。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述控制器采用抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明的另一目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種非熔化極保護(hù)焊3D增材修補(bǔ)裝置的修補(bǔ)方法，該修補(bǔ)方法主要包括如下步驟：

步驟S1:將缺陷工件安裝在修補(bǔ)工作臺(tái)上；

將激光視覺傳感器、近紅外視覺傳感器安裝在四軸(X-Y-Z-A軸)聯(lián)動(dòng)控制平臺(tái)的Z軸移動(dòng)單元上，將非熔化極保護(hù)氣體焊焊炬安裝在A軸旋轉(zhuǎn)單元上。

步驟S2:驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓；

安裝完畢后，首先配合四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)將非熔化極焊炬移動(dòng)到相應(yīng)位置，在控制器的控制下，驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器掃描缺陷(復(fù)雜幾何形狀)輪廓得到結(jié)構(gòu)光信號(hào)。

步驟S3:控制器接受激光視覺傳感器的反饋信號(hào)，重建缺陷的三維輪廓；

根據(jù)激光視覺傳感器的工作原理，傳感器內(nèi)半導(dǎo)體激光發(fā)射源發(fā)出一束平行的激光。該激光束射在工件缺陷的輪廓表面上，其表面光源信息被傳感器內(nèi)的CMOS相機(jī)檢測(cè)到，利用三角測(cè)量原理，在控制器中可以得到精確的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號(hào)。控制器獲取激光視覺傳感器反饋的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號(hào)，利用三維重建的方法建立缺陷三維模型。

步驟S4:根據(jù)缺陷的三維輪廓數(shù)據(jù)生成控制代碼，確定具體的焊接參數(shù)；

控制器將重建的缺陷三維模型與原始的零件模型參數(shù)作對(duì)比，確定要修補(bǔ)的具體參數(shù)并生成相應(yīng)的控制代碼?？刂破鞲鶕?jù)生成的控制代碼驅(qū)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)控制非熔化極焊炬移動(dòng)到指定的位置，然后通過控制代碼確定非熔化極氣體保護(hù)焊焊炬的焊炬參數(shù)。該焊接參數(shù)主要包括焊接的位置、焊接電流、焊接速度和送絲速度等等。

步驟S5:修補(bǔ)過程中，控制器驅(qū)動(dòng)近紅外視覺傳感器對(duì)熔池進(jìn)行掃描，獲取熔池圖像的時(shí)頻參數(shù)(包括時(shí)域、頻域信息)，并根據(jù)熔池圖像時(shí)頻參數(shù)生成補(bǔ)償控制代碼，實(shí)時(shí)修正設(shè)定的焊接參數(shù)。

步驟S6:針對(duì)電弧堆焊后修復(fù)試件表面出現(xiàn)的熱變形，在完成初次修補(bǔ)后，再次驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器掃描缺陷的三維輪廓，確定修補(bǔ)后的工件是否達(dá)標(biāo)，若不達(dá)標(biāo)，則對(duì)缺陷進(jìn)行再次修補(bǔ)，直到缺陷修補(bǔ)達(dá)標(biāo)為止。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，當(dāng)缺陷的位置和形狀較為復(fù)雜時(shí)，可以通過驅(qū)動(dòng)A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元、調(diào)節(jié)A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元與非熔化極焊炬之間的夾角或送絲夾角來完成缺陷修補(bǔ)，采用該方法可以進(jìn)一步提高修補(bǔ)效率，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明所提供的修補(bǔ)裝置可以安裝在機(jī)器人末端或龍門架的機(jī)架上，配合機(jī)器人或龍門架的運(yùn)動(dòng)定位到相應(yīng)位置，用于修復(fù)不同場(chǎng)合下的缺陷試件或者需要修補(bǔ)維護(hù)的設(shè)備。

本發(fā)明的工作過程和原理是：本發(fā)明利用激光視覺傳感器掃描工件上的缺陷，將獲得的三維輪廓光信號(hào)傳送給控制器；控制器根據(jù)結(jié)構(gòu)光信號(hào)重建缺陷的三維輪廓，并生成相應(yīng)的控制代碼，用于確定焊接的技術(shù)參數(shù)；在焊接過程中，控制器驅(qū)動(dòng)近紅外視覺傳感器對(duì)熔池進(jìn)行掃描，獲取熔池圖像的時(shí)頻參數(shù)，生成對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償控制代碼，并實(shí)時(shí)修正之前設(shè)置的焊接參數(shù)，使最終的焊接效果更好；初次焊接完畢后，激光視覺傳感器會(huì)對(duì)缺陷位置進(jìn)行再次掃描，確定修補(bǔ)情況和評(píng)定修補(bǔ)效果，若修補(bǔ)效果達(dá)不到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，則控制器驅(qū)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、激光視覺傳感器和紅外視覺傳感器對(duì)修補(bǔ)后的缺陷進(jìn)行再次修補(bǔ)，直到修補(bǔ)效果達(dá)標(biāo)為止。本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提出了利用激光視覺傳感器結(jié)合四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量零件缺陷三維輪廓，獲得缺陷輪廓的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)光信號(hào)，并通過計(jì)算機(jī)控制器重新建立缺陷三維模型的方法，通過該方法可以獲得精準(zhǔn)的缺陷模型，有效減少缺焊、漏焊、焊錯(cuò)的情況出現(xiàn)，明顯提高焊接效率和焊接效果。

(2)本發(fā)明提出了將非熔化極氣體保護(hù)焊與3D增材修補(bǔ)方法結(jié)合的再制造的新方法，將本發(fā)明提供的增材修補(bǔ)裝置結(jié)合到機(jī)器人或龍門架上，可以用于修補(bǔ)工件或設(shè)備的缺陷，有效提高設(shè)備的使用周期，通過修復(fù)報(bào)廢設(shè)備使其得到重復(fù)利用，發(fā)揮最大價(jià)值，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的理念。

(3)本發(fā)明提供的修補(bǔ)方法不但在焊接時(shí)引入近紅外視覺傳感器獲取熔池形態(tài)和在線實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電流和送絲速度，還在焊后用激光視覺傳感器對(duì)缺陷進(jìn)行再次掃描，以確保缺陷得到最大程度的修復(fù)補(bǔ)并且修補(bǔ)效果達(dá)到最好。通過對(duì)比完好零件表面的參數(shù)，生成修補(bǔ)缺陷的控制代碼，應(yīng)用該代碼來確定四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上非熔化極焊炬的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及非熔化極焊炬的融覆的參數(shù)，可以使焊接更精準(zhǔn)到位，獲得更好的焊接效果。

(4)本發(fā)明提出利用近紅外視覺傳感器對(duì)熔池狀態(tài)進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)調(diào)整焊接參數(shù)，可以最大程度減少工件缺陷修復(fù)后的應(yīng)力集中和造成的熱變形。

(5)本發(fā)明在每次修補(bǔ)后都對(duì)缺陷位置進(jìn)行激光掃描，用于評(píng)價(jià)本次修補(bǔ)的效果，并對(duì)修補(bǔ)效果進(jìn)行評(píng)定，確定是否需要再次修補(bǔ)，該過程可以明顯提高修補(bǔ)的可靠程度，獲得理想的修補(bǔ)效果。

(6)本發(fā)明所提供的增材修補(bǔ)裝置可以運(yùn)用到機(jī)器人末端或龍門架上對(duì)缺陷零件或設(shè)備進(jìn)行修補(bǔ)操作，實(shí)用性和適用性強(qiáng)。

(7)與激光融覆技術(shù)相比，本發(fā)明不會(huì)造成零件缺陷修復(fù)后應(yīng)力集中；與電涂鍍技術(shù)相比，本發(fā)明修復(fù)后的零件可靠性高，操作方便；與熱噴涂技術(shù)相比，本發(fā)明綠色環(huán)保，適用性強(qiáng)；與傳統(tǒng)的電弧堆焊技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合了激光傳感器的視覺系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)技術(shù)造成的熱變形和應(yīng)力集中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的修補(bǔ)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)的立體圖。

圖3是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)的主視圖。

圖4是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)的右視圖。

圖5是本發(fā)明所提供的四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)的俯視圖。

圖6是本發(fā)明所提供的激光視覺傳感器的工作原理圖。

圖7是本發(fā)明所提供的非熔化極焊炬在焊接時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖8是本發(fā)明所提供的工件缺陷俯視圖。

圖9是本發(fā)明所提供的工件缺陷剖視圖。

圖10是本發(fā)明所提供的修補(bǔ)方法流程圖。

上述附圖中的標(biāo)號(hào)說明：100-控制器，210-X軸移動(dòng)單元，220-Y軸移動(dòng)單元，230-Z軸移動(dòng)單元，240-A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元，300-激光視覺傳感器，400-紅外視覺傳感器，510-非熔化極焊炬，520-夾具，530-填充焊絲，540-角度調(diào)節(jié)單元；

1-鎢極，2-惰性氣體，3-噴嘴，4-電極夾，5-電弧，6-熔池。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

非熔化極氣體保護(hù)焊是一種使用純鎢或非活化鎢作為非熔化電極，采用惰性氣體(CO2、Ar)作為保護(hù)氣體的電弧焊。本發(fā)明公開一種修補(bǔ)裝置及其修補(bǔ)方法用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。

其中，如圖1所示，該修補(bǔ)裝置為一種非熔化極氣體保護(hù)焊3D增材修補(bǔ)裝置，該修補(bǔ)裝置主要包括控制器100、位于修復(fù)工件上方的四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、以及設(shè)置在聯(lián)動(dòng)平臺(tái)上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器300、用于獲取熔池6狀態(tài)信息的紅外視覺傳感器400、夾具520、非熔化極焊炬510、送絲單元和焊絲盤。所述控制器100與四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、激光視覺傳感器300、紅外視覺傳感器400、非熔化極焊炬510和送絲單元連接。

具體的，所述控制器100與四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)連接，控制非熔化極焊炬510在三個(gè)方向上的移動(dòng)及水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，使非熔化極焊炬510在焊接平臺(tái)上以最合適的位置和角度對(duì)缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。所述控制器100與激光視覺傳感器300連接，用于驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器300并獲取缺陷的三維輪廓，控制器100根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)對(duì)缺陷的三維輪廓進(jìn)行重建，生成最優(yōu)控制代碼。所述控制器100與紅外視覺傳感器400連接，用于驅(qū)動(dòng)紅外視覺傳感器400并獲取熔池6的實(shí)時(shí)圖像時(shí)頻參數(shù)，在修補(bǔ)過程中，根據(jù)熔池6狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整修補(bǔ)參數(shù)，獲得更好的修補(bǔ)效果。所述控制器100與非熔化極焊炬510電連接，用于控制非熔化極焊炬510的電流大小及保護(hù)氣體的流量。所述控制器100與送絲單元電連接，實(shí)時(shí)調(diào)整送絲單元的送絲速度。所述夾具520的一端與四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)連接，另一端與非熔化極焊炬510固定，四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)通過夾具520帶動(dòng)非熔化極焊炬510移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整到合適的焊接位置。所述送絲單元安裝在非熔化極焊炬510上，可相對(duì)非熔化極焊炬510上下擺動(dòng)，用于調(diào)整焊絲的送絲角度。所述焊絲盤安裝在送絲單元上，通過填充焊絲530與送絲單元連接，填充焊絲530纏繞在焊絲盤上，并穿過送絲單元。

具體的，結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，所述四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)用于控制非熔化極焊炬510的位置并調(diào)整非熔化極焊炬510的非熔化極焊炬510角度，其組成主要包括沿X軸方向運(yùn)動(dòng)的X軸移動(dòng)單元210、沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)的Y軸移動(dòng)單元220、沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)的Z軸移動(dòng)單元230和繞垂直于工件的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元240。所述X軸移動(dòng)單元210固定在修補(bǔ)平臺(tái)上，位于修補(bǔ)工位的上方，Y軸移動(dòng)單元220安裝在X軸移動(dòng)單元210上，Z軸移動(dòng)單元230安裝在Y軸移動(dòng)單元220上，A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元240安裝在Z軸移動(dòng)單元230上，可相對(duì)Z軸移動(dòng)單元230水平轉(zhuǎn)動(dòng)。所述A軸轉(zhuǎn)動(dòng)單元240與夾具520固定連接，帶著非熔化極焊炬510水平轉(zhuǎn)動(dòng)，用于調(diào)整非熔化極焊炬510的焊接角度。

具體的，所述非熔化極焊炬510主要包括用于放電的鎢極1、電極夾4、噴嘴3和保護(hù)氣體2。電極夾4將鎢極1夾緊并安裝在噴嘴3內(nèi)，噴嘴3與鎢極1之間留有間隙，該間隙用于通入保護(hù)氣體2。在焊接時(shí)，保護(hù)氣體2從上往下進(jìn)入間隙，將鎢極1和焊接位置覆蓋，形成保護(hù)區(qū)。鎢極1與工件之間通過放電形式形成電弧5，填充焊絲530和缺陷位置附近的金屬在電弧5的作用下熔化，形成熔池6，待熔池6冷卻后便成為工件的一部分，完成工件缺陷的增材修補(bǔ)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述非熔化極焊炬510與送絲單元之間通過角度調(diào)節(jié)單元540連接，實(shí)現(xiàn)送絲角度的可調(diào)節(jié),使修補(bǔ)裝置適應(yīng)更復(fù)雜的焊接條件，同時(shí)可以優(yōu)化焊接性能，獲得更理想的焊接效果。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述紅外視覺傳感器400采用波長(zhǎng)較短的近紅外線作為視覺傳感器的光源。與遠(yuǎn)紅外線相比，近紅外線探測(cè)的深度較深，獲取的信息量較多。由于電弧焊在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生電弧5的輻射光干擾，選用近紅外視覺傳感器可以濾去電弧5的弧光干擾，提高熔池6圖像的成像質(zhì)量。優(yōu)選的，本發(fā)明優(yōu)先采用波長(zhǎng)約為950納米的近紅外光源。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述控制器100采用抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

其中，如圖1和圖10所示，該修補(bǔ)方法為一種非熔化極保護(hù)焊3D增材修補(bǔ)裝置的修補(bǔ)方法，該修補(bǔ)方法可以針對(duì)不同待修復(fù)工件材料使用相應(yīng)的填充焊絲530作為填補(bǔ)缺陷的填充劑，該修補(bǔ)方法主要包括如下步驟：

步驟S1:將缺陷工件安裝在修補(bǔ)工作臺(tái)上；

將激光視覺傳感器300、近紅外視覺傳感器400安裝在四軸(X-Y-Z-A軸)聯(lián)動(dòng)控制平臺(tái)的Z軸移動(dòng)單元230上，將非熔化極保護(hù)氣體焊焊炬510安裝在A軸旋轉(zhuǎn)單元上。

步驟S2:驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器300掃描缺陷的三維輪廓；

安裝完畢后，首先配合四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)將非熔化極焊炬510移動(dòng)到相應(yīng)位置，在控制器100的控制下，驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器300掃描缺陷(復(fù)雜幾何形狀)輪廓得到結(jié)構(gòu)光信號(hào)。

步驟S3:控制器100接受激光視覺傳感器300的反饋信號(hào)，重建缺陷的三維輪廓；

如圖1和圖6所示，根據(jù)激光視覺傳感器300的工作原理，傳感器內(nèi)半導(dǎo)體激光發(fā)射源發(fā)出一束平行的激光。該激光束射在工件缺陷的輪廓表面上，其表面光源信息被傳感器內(nèi)的CMOS相機(jī)檢測(cè)到，利用三角測(cè)量原理，在控制器100中可以得到精確的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號(hào)。控制器100獲取激光視覺傳感器300反饋的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號(hào)，利用三維重建的方法建立缺陷三維模型。

步驟S4:根據(jù)缺陷的三維輪廓數(shù)據(jù)生成控制代碼，確定具體的焊接參數(shù)；

控制器100將重建的缺陷三維模型與原始的零件模型參數(shù)作對(duì)比，確定要修補(bǔ)的具體參數(shù)并生成相應(yīng)的控制代碼?？刂破?00根據(jù)生成的控制代碼驅(qū)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)控制非熔化極焊炬510移動(dòng)到指定的位置，然后通過控制代碼確定非熔化極氣體保護(hù)焊焊炬510的焊接參數(shù)。該焊接參數(shù)主要包括焊接的位置、焊接電流、焊接速度和送絲速度等等。

步驟S5:修補(bǔ)過程中，控制器100驅(qū)動(dòng)近紅外視覺傳感器400對(duì)熔池6進(jìn)行掃描，獲取熔池6圖像的時(shí)頻參數(shù)(包括時(shí)域、頻域信息)，并根據(jù)熔池6圖像時(shí)頻參數(shù)生成補(bǔ)償控制代碼，實(shí)時(shí)修正設(shè)定的焊接參數(shù)。如圖7所示為針對(duì)幾何形狀較為復(fù)雜的工件缺陷，在非熔化極氣體保護(hù)焊修復(fù)缺陷時(shí)的熔滴過渡。

當(dāng)工件的缺陷有一部分在試件表面下時(shí)，如圖7和圖8所示，由于A軸與非熔化極焊炬510之間有一定夾角，控制器100可以驅(qū)動(dòng)A軸旋轉(zhuǎn)軸來調(diào)整非熔化極焊炬510在工件上的焊接位置，從而完成試件表面下的缺陷修補(bǔ)。

步驟S6:針對(duì)電弧堆焊后修復(fù)試件表面出現(xiàn)的熱變形，在完成初次修補(bǔ)后，再次驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器300掃描缺陷的三維輪廓，確定修補(bǔ)后的工件是否達(dá)標(biāo)，若不達(dá)標(biāo)，則對(duì)缺陷進(jìn)行再次修補(bǔ)，直到缺陷修補(bǔ)達(dá)標(biāo)為止。

本發(fā)明所提供的修補(bǔ)裝置可以安裝在機(jī)器人末端或龍門架的機(jī)架上，配合機(jī)器人或龍門架的運(yùn)動(dòng)定位到相應(yīng)位置，用于修復(fù)不同場(chǎng)合下的缺陷試件或者需要修補(bǔ)維護(hù)的設(shè)備。

本發(fā)明的工作過程和原理是：本發(fā)明利用激光視覺傳感器300掃描工件上的缺陷，將獲得的三維輪廓光信號(hào)傳送給控制器100；控制器100根據(jù)結(jié)構(gòu)光信號(hào)重建缺陷的三維輪廓，并生成相應(yīng)的控制代碼，確定焊接的技術(shù)參數(shù)；在焊接過程中，控制器100驅(qū)動(dòng)近紅外視覺傳感器400對(duì)熔池6進(jìn)行掃描，獲取熔池6圖像的時(shí)頻參數(shù)，生成對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償控制代碼，并實(shí)時(shí)修正之前設(shè)置的焊接參數(shù)，使最終的焊接效果更好；初次焊接完畢后，激光視覺傳感器300會(huì)對(duì)缺陷位置進(jìn)行再次掃描，確定修補(bǔ)情況和評(píng)定修補(bǔ)效果，若修補(bǔ)效果達(dá)不到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，則控制器100驅(qū)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、激光視覺傳感器300和紅外視覺傳感器400對(duì)修補(bǔ)后的缺陷進(jìn)行再次修補(bǔ)，直到修補(bǔ)效果達(dá)標(biāo)為止。本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)。

實(shí)施例2：

如圖1所示，將激光視覺傳感器300、近紅外視覺傳感器400安裝在四軸(X-Y-Z-A軸)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，將非熔化極保護(hù)氣體焊焊炬510安裝在A軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。該裝置可以安裝在機(jī)器人末端或龍門架機(jī)架上，配合機(jī)器人或龍門架的運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置以修復(fù)不同場(chǎng)合下缺陷試件或設(shè)備。

本發(fā)明所提供的3D增材修補(bǔ)裝置的工作過程如下：首先配合四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)將非熔化極焊炬510移動(dòng)到相應(yīng)位置，在計(jì)算機(jī)控制器100控制下，驅(qū)動(dòng)激光視覺傳感器300掃描缺陷(復(fù)雜幾何形狀)輪廓得到結(jié)構(gòu)光信號(hào)。

然后，激光視覺傳感器300內(nèi)半導(dǎo)體激光發(fā)射源發(fā)出一束平行的激光，該激光束打在工件缺陷的輪廓表面上，其表面光源信息被傳感器內(nèi)的CMOS相機(jī)檢測(cè)到，利用三角測(cè)量原理，在計(jì)算機(jī)控制器100中可以得到精確的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號(hào)。(圖6為激光視覺傳感器300的工作原理圖)

接著，根據(jù)激光視覺傳感器300掃描缺陷獲取的缺陷輪廓結(jié)構(gòu)光信號(hào)，計(jì)算機(jī)控制器100利用三維重建的方法建立缺陷三維模型。將重建的模型與原始的零件參數(shù)作對(duì)比，確定修補(bǔ)的具體參數(shù)并生成控制代碼。

接著，驅(qū)動(dòng)四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制非熔化極焊炬510移動(dòng)到相應(yīng)位置，然后用控制代碼確定非熔化極氣體保護(hù)焊焊炬510的填充焊絲530速度、引弧電流大小等參數(shù)，對(duì)缺陷位置用堆焊的方式進(jìn)行融覆修補(bǔ)。如圖7所示，是非熔化極氣體保護(hù)焊修復(fù)缺陷時(shí)的熔滴過渡，鎢極1通過電極夾4夾住并安裝在噴嘴3內(nèi)，惰性氣體2從鎢極1的四周向下流動(dòng)，用于保護(hù)高溫熔化的金屬，防止金屬被氧化。鎢極1與工件之間通過放電的形式形成電弧5，填充焊絲和工件在電弧5放電的作用下熔化形成熔池6。當(dāng)遇到工件缺陷形狀和位置較為復(fù)雜的情況時(shí)，針對(duì)這種狀況的缺陷修補(bǔ)(如圖8和圖9所示，缺陷有一部分在試件表面下)，由于A軸與非熔化極焊炬510有一定角度，驅(qū)動(dòng)A軸旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整非熔化極焊炬510位置，可以完成試件表面下的缺陷修補(bǔ)。

接著，如圖1所示為近紅外視覺傳感器400獲取焊時(shí)熔池6信息的示意圖，在堆焊修補(bǔ)過程中獲取的缺陷熔池6圖像包含了缺陷的實(shí)時(shí)修補(bǔ)狀況，通過圖像處理等方法獲取熔池6圖像時(shí)頻參數(shù)，進(jìn)而補(bǔ)償控制代碼。

最后，針對(duì)電弧堆焊后修復(fù)試件表面出現(xiàn)的熱變形，在完成初次修補(bǔ)后，用激光視覺傳感器300掃描缺陷輪廓。經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到再次修補(bǔ)的控制代碼，從而用四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)非熔化極焊炬510并確定相應(yīng)的融覆參數(shù)修補(bǔ)缺陷。激光視覺傳感器300獲得缺陷三維輪廓，近紅外視覺傳感器400實(shí)時(shí)獲取修補(bǔ)的狀態(tài)。多傳感信息(激光、近紅外視覺傳感器400)的融合生成最優(yōu)控制算法，包括焊接位置、焊接電流、焊接速度、送絲速度等參數(shù)的在線調(diào)整。圖10為該發(fā)明的工作流程圖，多次重復(fù)該操作(即視覺檢測(cè)、堆焊修補(bǔ))，直到缺陷輪廓形態(tài)達(dá)標(biāo)。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。