專利名稱：一種可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高附加值、精密或大型零部件的表面熔覆及修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用計算機(jī)控制的可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
零部件修復(fù)的方法主要有激光熔覆、真空釬焊、真空涂層焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊和等離子體熔覆修復(fù)等方法。激光熔覆是根據(jù)工件的工況要求，熔覆各種設(shè)計成分的金屬或者非金屬、制備耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面熔覆層。激光熔覆是一種快速冷卻的過程、對基材的熱輸入量少、熱影響區(qū)小、熔覆層組織細(xì)小、易于實現(xiàn)自動化等，因此使用激光熔覆的方法來修復(fù)轉(zhuǎn)子等零部件比其他方法具有更大的優(yōu)勢。激光熔覆技術(shù)解決了傳統(tǒng)電焊、氬弧焊等熱加工過程中不可避免的熱變形、熱疲勞損傷等一些列技術(shù)難題，同時也解決了傳統(tǒng)電鍍、噴涂等覆層與基本結(jié)合強度差的矛盾。因此，與其它方法相比較而言，激光熔覆是一種比較理想的表面熔覆或修復(fù)加工方法。發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸，飛機(jī)汽輪機(jī)葉片的表面熔覆，車身模具等體積較大，自身重量達(dá)幾十噸，甚至幾百噸，如果要進(jìn)行表面熔覆或者修復(fù)，則運輸成本很高，發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸，飛機(jī)汽輪機(jī)葉片的表面熔覆，車身模具等體積較大，自身重量達(dá)幾十噸，甚至幾百噸。例如，20萬kW發(fā)電機(jī)組的軸系總重在100噸左右，30萬kW發(fā)電機(jī)組的軸系總重在150噸左右。每個轉(zhuǎn)子的長度都在7-8m以上。這些大型構(gòu)件需要進(jìn)行表面熔覆或者修復(fù)，如果運到廠家來維修，則運輸成本很高，運輸也極為不便，同時還存在運輸中的安全問題，所以最理想的情況是把激光加工設(shè)備運輸?shù)浆F(xiàn)場，直接在現(xiàn)場對大型構(gòu)件進(jìn)行表面熔覆或者修復(fù)。但一般的激光加工系統(tǒng)包括激光器、激光加工機(jī)、控制系統(tǒng)、水冷機(jī)組等幾個分系統(tǒng)組成，由于組成設(shè)備較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以一般都是分散固定放置在車間內(nèi)部，不適合運輸?shù)浆F(xiàn)場作業(yè)。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索分析，發(fā)現(xiàn)名稱為激光熔覆設(shè)備、申請?zhí)枮?00920133909.9的中國專利文獻(xiàn)提出了一種用大型構(gòu)件激光熔覆的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這種翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以使零件與地面成任意角度，配合旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以覆蓋到全部熔覆面，從而提高了激光熔覆的效率和質(zhì)量。并且只需進(jìn)行一次裝夾，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。申請?zhí)枮?00520090374.3的中國專利文獻(xiàn)所公開的“一種以半導(dǎo)體激光器為光源的移動式激光加工系統(tǒng)”設(shè)計了一個激光加工機(jī)，將激光發(fā)生器和激光加工機(jī)安裝在同一臺架上各自的安裝座里，臺架的支柱備有上下調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使激光發(fā)生器和激光加工機(jī)保持在同一水平面上。該發(fā)明實際是僅僅提供了一個自行設(shè)計的激光加工機(jī)，并不涉及運動、控制部分以及系統(tǒng)的其它部分等。申請?zhí)枮?0081000060.4的中國專利文獻(xiàn)所公開的“移動式激光修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法”，提出 了一種基于三維掃描并進(jìn)行分層切片的移動式激光修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法，可以廣泛應(yīng)用于較高精度、高附加值或者大型設(shè)備和零部件的修復(fù)，但該設(shè)備的移動承載體為汽車，使用并不方便，系統(tǒng)也不具有熔池尺寸自適應(yīng)控制功能，進(jìn)一步該專利中也不涉及到控制部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提供一種可靈活移動的激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)運動軌跡靈活，能適應(yīng)復(fù)雜曲面或者空間軌跡的熔覆及修復(fù)，可根據(jù)待熔覆的工件模型自動切片、軌跡規(guī)劃然后進(jìn)行熔覆或者修復(fù)，在熔覆過程中也可以對熔覆的尺寸進(jìn)行自適應(yīng)控制，有效地提高了熔覆的質(zhì)量。由于該系統(tǒng)的移動靈活性，特別適合像汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)動機(jī)葉片以及車身模具等這些大型構(gòu)件的現(xiàn)場表面熔覆或者修復(fù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)，包括可移動平臺、6個自由度的機(jī)器人、激光器、激光加工頭和同軸送粉頭、送粉器、熔池溫度攝像機(jī)以及相應(yīng)的熔池溫度圖像處理系統(tǒng)、PC計算工作站、PLC主控系統(tǒng)、變位機(jī)、激光三維掃描傳感器、輔助裝置，所述機(jī)器人、激光器、激光加工頭和同軸送粉頭、送粉器、熔池溫度攝像機(jī)以及相應(yīng)的熔池溫度圖像處理系統(tǒng)、PC計算工作站、PLC主控系統(tǒng)、變位機(jī)、激光三維掃描傳感器、輔助裝置均設(shè)置在所述可移動平臺上，機(jī)器人的第6軸末端設(shè)置有激光加工頭、激光三維掃描傳感器、熔池溫度攝像機(jī)，激光加工頭下端與同軸送粉頭相連接，送粉器連通至同軸送粉頭，熔池溫度圖像處理系統(tǒng)連接熔池溫度攝像機(jī)，同軸送粉頭的粉末流匯聚的位置就是激光器的激光焦距的位置，PLC主控系統(tǒng)通過Profibus總線連接送粉器、機(jī)器人、激光器、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)、PC計算工作站，機(jī)器人、激光三維掃描傳感器通過以太網(wǎng)連接PC計算工作站。優(yōu)選地，所述熔池溫度圖像處理系統(tǒng)用于通過控制熔池溫度攝像機(jī)以獲取激光熔覆過程中的熔池圖像，然后對熔池圖像進(jìn)行特征提取并向PLC主控系統(tǒng)發(fā)送熔池的寬度、面積以及溫度信息；PLC主控系統(tǒng)判斷熔池的寬度、面積以及溫度是否在在期望值區(qū)間，如果在期望值區(qū)間則不調(diào)整，反之則通過實時調(diào)整激光器的功率輸出和/或機(jī)器人的運行速度以實現(xiàn)熔覆尺寸和溫度的自適應(yīng)控制；優(yōu)選地，所述PLC主控系統(tǒng)與PC計算工作站相連以傳輸機(jī)器人、激光器、送粉器、熔池溫度圖像處理系統(tǒng) 的狀態(tài)以及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)信息，以便對可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行檢查，對工藝參數(shù)進(jìn)行實時采集與分析，其中，所述工藝參數(shù)包括焊接速度、激光功率、送粉速率。優(yōu)選地，所述PC計算工作站包括人機(jī)界面單元、工件模型處理單元、以及離線編程和仿真單元，其中:所述人機(jī)界面單元與PLC主控系統(tǒng)相連，PLC主控系統(tǒng)將機(jī)器人、激光器、送粉器、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)的狀態(tài)以及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)信息傳輸給PC計算工作站，并顯示在人機(jī)界面單元上以對工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，PLC主控系統(tǒng)實時采集的激光功率、機(jī)器人的焊接速度、送粉速率也傳輸給PC計算工作站并實時顯示在人機(jī)界面單元上，人機(jī)界面單元上設(shè)定的機(jī)器人的程序編號和焊接速度、以及激光器的程序、激光工藝參數(shù)、送粉速率、提前送粉時間、提前送氣時間參數(shù)通過PLC主控系統(tǒng)分別傳輸給機(jī)器人、激光器以及送粉器；所述工件模型處理單元通過激光三維掃描傳感器掃描熔覆工件以得到熔覆工件的三維點云數(shù)據(jù)，工件模型處理單元對熔覆工件的掃描部分建立三維立體模型，并在垂直方向進(jìn)行切片，將三維立體模型轉(zhuǎn)化為二維平面模型，每層切片的厚度為激光器熔覆時每層的堆高，切片后，工件模型處理單元依次對每層切片進(jìn)行熔覆軌跡規(guī)劃，規(guī)劃每層切片的加工路徑；所述離線編程和仿真單元用于在工件模型處理單元得到每層切片的加工路徑后，根據(jù)加工路徑進(jìn)行離線編程，并進(jìn)行模擬熔覆和修復(fù)，如果產(chǎn)生的機(jī)器人加工程序模擬結(jié)果滿足要求，則將此加工程序下載到機(jī)器人中進(jìn)行實際熔覆，如果模擬不合格，則工件模型處理單元對三維立體模型重新進(jìn)行切片和軌跡規(guī)劃操作。本發(fā)明具有以下特點:激光器、機(jī)器人、送粉器以及熔池圖像處理系統(tǒng)等都裝配在可移動平臺上，構(gòu)成一個完整的、可移動的、獨立的整體，這樣方便將設(shè)備搬運到需要熔覆或者修復(fù)的大型零部件現(xiàn)場，機(jī)動靈活，又大大節(jié)約了時間和運輸成本。系統(tǒng)采用6個自由度的機(jī)器人作為運動本體，可以實現(xiàn)很復(fù)雜的空間軌跡運動的熔覆及修復(fù)。而激光熔覆熔池尺寸的自適應(yīng)控制則有效地提高了熔覆的質(zhì)量和尺寸精度，而對三維空間模型的分層切片，軌跡規(guī)劃功能則可以實現(xiàn)復(fù)雜零部件的熔覆成形及修復(fù)。該移動激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)將移動性、熔覆尺寸的自適應(yīng)控制、三維模型的自動分層切片和軌跡規(guī)劃、離線編程和仿真結(jié)合起來，方便了大型零部件的激光熔覆，通過計算機(jī)的精確控制，有效地提高了熔覆的質(zhì)量，簡化了熔覆及修復(fù)過程。由于該系統(tǒng)的移動靈活性，特別適合像汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，發(fā)動機(jī)葉片以及車身模具等這些大型構(gòu)件的現(xiàn)場表面熔覆或者修復(fù)。該激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)在各種高精密度、高附加值的設(shè)備和零部件的修復(fù)過程中。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:圖1所示為可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)的組成。圖2所示為激光熔覆溫度及尺寸自適應(yīng)控制調(diào)節(jié)方法流程圖。圖3所示為基于模型的激光熔覆及修復(fù)方法流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，在本實施例中， 可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)包括:可移動平臺12、機(jī)器人1、激光器2、激光加工頭3和同軸送粉頭11、送粉器4、熔池溫度攝像機(jī)5以及相應(yīng)的熔池溫度圖像處理系統(tǒng)6、PC計算工作站7、PLC主控系統(tǒng)8、變位機(jī)9、激光三維掃描傳感器10、輔助裝置13，輔助裝置13包括水冷裝置、保護(hù)氣裝置以及激光安全裝置。所述的機(jī)器人1是指通用型的，用于焊接和切割領(lǐng)域的6自由度工業(yè)機(jī)器人，通過其底座設(shè)置在可移動平臺12上，其中:機(jī)器人I的第6軸末端與激光加工頭3相連接，激光加工頭3下端與同軸送粉頭11相連接，在熔覆過程中，熔覆粉末經(jīng)送粉器4送入同軸送粉頭11，在氣流的作用下，粉末流從同軸送粉頭11噴射出并匯聚，通常情況下粉末流匯聚的位置就是激光焦距的位置，同時，激光三維掃描傳感器10和熔池溫度攝像機(jī)5也固定設(shè)置于機(jī)器人I第6軸的末端。如圖1所示，所述的可移動平臺，其中:機(jī)器人1、激光器2、送粉器4、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)6、PLC主控系統(tǒng)8、PC計算工作站7、以及包含水冷裝置、保護(hù)氣裝置、激光安全裝置的輔助裝置13都固定放置在上面。所以該系統(tǒng)為一獨立完整可移動作業(yè)系統(tǒng)。可移動平臺12的結(jié)構(gòu)特征為一平板型鋼結(jié)構(gòu)，可移動平臺12底部的四個角各安裝有具有止動功能的萬向腳輪，腳輪上設(shè)置有止動桿，當(dāng)向上旋止動桿脫離地面時，則腳輪可任意方向行走，當(dāng)止動桿向下旋時，腳輪被制動，則可移動平臺12被固定。當(dāng)需要進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)時，可通過運輸車將整個可移動平臺12搬運至現(xiàn)場，調(diào)整好方位后固定，即可實現(xiàn)大型熔覆工件14熔覆及修復(fù)的現(xiàn)場作業(yè)，系統(tǒng)靈活方便。所述的熔池溫度圖像處理系統(tǒng)6包括采集單元、處理單元和控制單元，其中:采集單元通過光纖與熔池溫度攝像機(jī)5相連以接收激光熔覆過程中的熔池圖像，處理單元則主要是對采集的圖像進(jìn)行處理并進(jìn)行特征提取，通過Profibus總線與PLC主控系統(tǒng)8相連以傳輸經(jīng)過處理得到的熔池的寬度、面積以及溫度等信息。所述的PLC主控系統(tǒng)8包括:開光量輸入接口單兀、開關(guān)量輸出接口單兀以及Profibus總線接口單元。其中:開關(guān)量輸入接口單元與控制系統(tǒng)操作面板相連以傳輸程序開始、停止、激光打開/關(guān)閉、系統(tǒng)復(fù)位、故障復(fù)位、系統(tǒng)急停等控制信息，開光量輸入接口單元也與安全門、安全光幕等相連，以實時檢測系統(tǒng)的狀態(tài)。開關(guān)量輸出接口單元則與水冷啟動、保護(hù)氣打開/關(guān)閉、系統(tǒng)送粉啟動/停止等裝置相連以傳輸控制信息，以使整個系統(tǒng)按照一定的時序工作，、開關(guān)量輸出接口單元也與系統(tǒng)就緒、運行/停止、系統(tǒng)復(fù)位、安全門復(fù)位、激光打開、蜂鳴器·報警、三色指示燈等裝置相連以反映系統(tǒng)的工作狀態(tài)。機(jī)器人1、激光器2、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)6則是通過Profibus總線接口單元與PLC主控系統(tǒng)8相連，PLC主控系統(tǒng)8也通過總線接口單元與PC計算工作站7相連，以傳輸相應(yīng)的狀態(tài)和控制信息?？偩€接口與機(jī)器人I相連以傳輸機(jī)器人I的程序編號、焊接速度、以及一些I/O信號，機(jī)器人I的輸出I/O信號通過總線接口單元傳輸?shù)絇LC主控系統(tǒng)8，以實時監(jiān)測機(jī)器人I的工作狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，而PLC主控系統(tǒng)8的輸出I/O信號則通過總線接口單元傳輸?shù)綑C(jī)器人I的控制器，以控制機(jī)器人I按照一定的時序動作。PLC主控系統(tǒng)8的總線接口單元與激光器2相連以傳輸激光器的程序編號、激光功率、激光方式、以及一些I/O信號，激光器2輸出I/O信號通過總線接口單元傳輸至PLC主控系統(tǒng)8，以實時監(jiān)測激光器2的工作狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)處理，比如就緒、激光是否打開等反映系統(tǒng)狀態(tài)的信息，而PLC主控系統(tǒng)8的輸出I/O信號則通過總線接口單元傳輸?shù)郊す馄?的控制器，以控制激光器2按照一定的時序動作，實現(xiàn)激光熔覆過程?？偩€接口單元也與激光熔覆的熔池溫度圖像處理系統(tǒng)6相連以接收熔覆熔池的寬度、面積以及溫度等信息，也通過總線接口單元向熔池溫度圖像處理系統(tǒng)6發(fā)送一些控制信息，比如啟動相機(jī)拍攝和開始圖像處理等。PLC主控系統(tǒng)8通過Profibus總線接口單元接收到熔池的寬度、溫度等信息，如果在期望值區(qū)間，則不調(diào)整，反之則通過一定的控制策略實時調(diào)整激光器2的功率輸出或者機(jī)器人I的運行速度等工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)熔覆尺寸和溫度的自適應(yīng)控制。如圖2所示為激光熔覆的熔池尺寸及溫度控制方法流程圖。
所述的PC計算工作站7包括人機(jī)界面單元、工件模型處理單元、以及離線編程和仿真單元。其中:人機(jī)界面單元通過Profibus總線接口單元與PLC主控系統(tǒng)8相連，PLC主控系統(tǒng)8通過總線接口單元將機(jī)器人1、激光器2、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)6、送粉器4以及安全門、安全光幕等設(shè)備的狀態(tài)信息傳輸給PC計算工作站7，并顯示在人機(jī)界面上以對系統(tǒng)的各個部件的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，PLC主控系統(tǒng)8實時采集的激光功率、機(jī)器人的焊接速度、送粉速率等也可以通過總線接口單元傳輸給PC計算工作站7并實時顯示在人機(jī)界面上，這些數(shù)據(jù)也可以導(dǎo)出進(jìn)行分析和打印。人機(jī)界面上設(shè)定的機(jī)器人I的程序編號、焊接速度，激光器2的程序、激光工藝參數(shù)、送粉速率、提前送粉時間、提前送氣時間等參數(shù)則通過總線接口單元與PLC主控系統(tǒng)8相連，PLC主控系統(tǒng)8再通過總線接口單元將這些數(shù)據(jù)分別傳輸給機(jī)器人1、激光器2以及送粉器4等。所述的PC計算工作站7的工件模型處理單元是指:激光三維掃描傳感器10通過以太網(wǎng)接口與PC計算工作站7相連以傳輸掃描工件得到的三維點云數(shù)據(jù)，工件模型處理單元對掃描部分建立三維模型，并在垂直方向進(jìn)行切片，將三維立體模型轉(zhuǎn)化為二維平面模型，每層切片的厚度為激光器熔覆時每層的堆高。切片后，模型處理單元依次對每層切片進(jìn)行熔覆軌跡規(guī)劃，規(guī)劃每層的加工路徑。所述的PC計算工作站7的離線編程和仿真單元是指:在處理單元得到每層切片的加工路徑后，三維離線編程單元根據(jù)加工路徑進(jìn)行離線編程，并進(jìn)行模擬熔覆和修復(fù)，如果產(chǎn)生的機(jī)器人加工程序模擬結(jié)果滿足要求，則將此加工程序下載到機(jī)器人I中進(jìn)行實際熔覆。如果模擬不合格，則需模型處理單元對模型重新進(jìn)行切片和軌跡規(guī)劃操作。如圖3所示為基于三維模型進(jìn)行激光熔覆及修復(fù)的流程示意圖。

本實施例實現(xiàn)了方便、高效、移動靈活以及高精度的激光熔覆?；跈C(jī)器人技術(shù)結(jié)合三維模型的分層切片、離線編程技術(shù)可以實現(xiàn)空間復(fù)雜曲面的表面熔覆，以可以很方便地實現(xiàn)三維立體模型的熔覆及修復(fù)。激光熔覆熔池尺寸及溫度的自適應(yīng)控制則保證了熔覆過程的一致性，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。激光熔覆系統(tǒng)的所有部件全部安裝在一個可移動的平臺上，無論科研還是大型構(gòu)件的現(xiàn)場應(yīng)用都非常方便，大大提高了系統(tǒng)使用的靈活性。因此，該熔覆系統(tǒng)及方法無論對提高熔覆質(zhì)量、精密或者復(fù)雜大型構(gòu)件熔覆的自適應(yīng)性，還是從經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的角度，該系統(tǒng)和方法都具有較大的推廣應(yīng)用價值。以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，包括可移動平臺(12)、6個自由度的機(jī)器人(I)、激光器(2)、激光加工頭(3)和同軸送粉頭(11)、送粉器(4)、熔池溫度攝像機(jī)(5)以及相應(yīng)的熔池溫度圖像處理系統(tǒng)(6)、PC計算工作站(7)、PLC主控系統(tǒng)(8)、變位機(jī)(9)、激光三維掃描傳感器(10)、輔助裝置(13)，所述機(jī)器人(I)、激光器(2)、激光加工頭(3)和同軸送粉頭(11)、送粉器(4)、熔池溫度攝像機(jī)(5)以及相應(yīng)的熔池溫度圖像處理系統(tǒng)(6 )、PC計算工作站(7 )、PLC主控系統(tǒng)(8 )、變位機(jī)(9 )、激光三維掃描傳感器(10 )、輔助裝置(13)均設(shè)置在所述可移動平臺(12)上，機(jī)器人(I)的第6軸末端設(shè)置有激光加工頭(3)、激光三維掃描傳感器(10)、熔池溫度攝像機(jī)(5)，激光加工頭(3)下端與同軸送粉頭(11)相連接，送粉器(4 )連通至同軸送粉頭(11)，熔池溫度圖像處理系統(tǒng)(6 )連接熔池溫度攝像機(jī)(5)，同軸送粉頭(11)的粉末流匯聚的位置就是激光器(2)的激光焦距的位置，PLC主控系統(tǒng)(8)通過Profibus總線連接送粉器(4)、機(jī)器人(1)、激光器(2)、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)(6 )、PC計算工作站(7 )，機(jī)器人(1)、激光三維掃描傳感器(10 )通過以太網(wǎng)連接PC計算工作站(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述熔池溫度圖像處理系統(tǒng)(6)用于通過控制熔池溫度攝像機(jī)(5)以獲取激光熔覆過程中的熔池圖像，然后對熔池圖像進(jìn)行特征提取并向PLC主控系統(tǒng)(8)發(fā)送熔池的寬度、面積以及溫度信息；PLC主控系統(tǒng)(8)判斷熔池的寬度、面積以及溫度是否在在期望值區(qū)間，如果在期望值區(qū)間則不調(diào)整，反之則通過實時調(diào)整激光器(2)的功率輸出和/或機(jī)器人(I)的運行速度以實現(xiàn)熔覆尺寸和溫度的自適應(yīng)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述PLC主控系統(tǒng)(8)與PC計算工作站(7)相連以傳輸機(jī)器人(I)、激光器(2)、送粉器(4)、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)(6)的狀態(tài)以及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)信息，以便對可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行檢查，對工藝參數(shù)進(jìn)行實時采集與分析，其中，所述工藝參數(shù)包括焊接速度、激光功率、送粉速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述PC計算工作站(7)包括人機(jī)界面單元、工件模型處理單元、以及離線編程和仿真單元，其中: 所述人機(jī)界面單元與PLC主控系統(tǒng)(8)相連，PLC主控系統(tǒng)(8)將機(jī)器人(1)、激光器(2)、送粉器(4)、熔池溫度圖像處理系統(tǒng)(6)的狀態(tài)以及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)信息傳輸給PC計算工作站(7)，并顯示在人機(jī)界面單元上以對工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，PLC主控系統(tǒng)(8)實時采集的激光功率、機(jī)器人(I)的焊接速度、送粉速率也傳輸給PC計算工作站(7)并實時顯示在人機(jī)界面單元上，人機(jī)界面單元上設(shè)定的機(jī)器人(1)的程序編號和焊接速度、以及激光器(2)的程序、激光工藝參數(shù)、送粉速率、提前送粉時間、提前送氣時間參數(shù)通過PLC主控系統(tǒng)(8)分別傳輸給機(jī)器人(I)、激光器(2)以及送粉器(4)； 所述工件模型處理單元通過激光三維掃描傳感器(10)掃描熔覆工件(14)以得到熔覆工件(14)的三維點云數(shù)據(jù)，工件模型處理單元對熔覆工件(14)的掃描部分建立三維立體模型，并在垂直方向進(jìn)行切片，將三維立體模型轉(zhuǎn)化為二維平面模型，每層切片的厚度為激光器(2)熔覆時每層的堆高，切片后，工件模型處理單元依次對每層切片進(jìn)行熔覆軌跡規(guī)劃，規(guī)劃每層切片的加工路徑； 所述離線編程和仿真單元用于在工件模型處理單元得到每層切片的加工路徑后，根據(jù)加工路徑進(jìn)行離線編程，并進(jìn)行模擬熔覆和修復(fù)，如果產(chǎn)生的機(jī)器人加工程序模擬結(jié)果滿足要求，則將此加工程序下載到機(jī)器人(I)中進(jìn)行實際熔覆，如果模擬不合格，則工件模型處理單元對三維立體 模型重新進(jìn)行切片和軌跡規(guī)劃操作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于激光熔覆及修復(fù)領(lǐng)域的可移動式激光熔覆及修復(fù)系統(tǒng)，包括可移動平臺，可移動平臺上固定設(shè)置有激光器、機(jī)器人、變位機(jī)、送粉器、圖像處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(包括PLC主控系統(tǒng)以及PC計算工作站)、攝像機(jī)、激光三維掃描傳感器、激光加工頭、同軸送粉頭。本發(fā)明以機(jī)器人作為運動本體，采用圖像采集和處理系統(tǒng)對熔覆的熔池尺寸以及溫度等信息進(jìn)行控制，基于激光三維傳感器對工件掃描實現(xiàn)三維工件模型的切片分層和自動熔覆。本發(fā)明提供的系統(tǒng)方便、靈活，簡化了修復(fù)過程，實現(xiàn)了熔覆過程的精確和自適應(yīng)控制，有效提高了熔覆質(zhì)量，可移動平臺方便了大型構(gòu)件的現(xiàn)場應(yīng)用。
文檔編號C23C24/10GK103074625SQ201310016660
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者張軻, 李鑄國, 張悅, 黃堅 申請人:上海交通大學(xué)