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专利号: 201711229471X
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种GTA填丝增材制造弧长前馈检测与开环控制方法,弧长是通过GTA焊枪内钨极尖端到前一层固态金属表面的垂直距离表征的,弧长前馈检测是指沿堆积路径方向,检测窗口内的固态金属表面位于钨极前方,弧长开环控制是根据前馈检测的弧长误差,调节工艺参数并开环控制弧长,其特征在于包括以下步骤:步骤一:被动视觉传感系统正对GTA焊枪,采集GTA电弧图像,沿堆积路径方向,检测窗口位置位于GTA电弧前方,窗口中心到钨极尖端的水平距离D为7-12mm,GTA电弧辐射光照明GTA电弧附近前一层固态金属表面,对窗口内的前一层固态金属表面进行检测;

步骤二:对窗口范围内的所有像素点进行平滑滤波、前一层固态金属表面上边缘检测、边缘像素点的Hough拟合,弧长为前一层固态金属上边缘到钨极尖端的垂直距离H;

步骤三:计算弧长前馈检测的超前步数n=[D/(VS)+0.5],

其中,V为行走速度,单位为mm/s,S为检测系统的采样周期,单位为s,[]表示取整符号;

步骤四:前馈检测的弧长经n步延迟后,计算当前k时刻弧长误差e(k)=H(k-n)-h-H0,其中,H(k-n)表示(k-n)时刻检测的前一层固态金属上边缘到钨极尖端的垂直距离,h为分层切片的层高,H0为初始设定弧长;

步骤五:计算k时刻开环控制的单变量工艺参数值W(k)=e(k)/P+W0,

其中,P为增益系数,W0为初始单变量工艺参数值;

步骤五中增益系数P是通过以下步骤确定的:

(a)GTA焊枪运动至基板上方,GTA焊枪指向与基板表面垂直,初始设定弧长为H0,即钨极尖端到基板表面的距离,采用同一工艺参数在基板上堆积N层单道直壁件,N=4-8,单变量工艺参数初始值为W0,相邻层间的堆积路径方向相反,每堆积完一层,GTA电弧熄灭,层间等待30-120s;

(b)继续堆积第(N+1)层,单变量工艺参数为W0,待电弧运动至堆积路径长度一半时,调节的单变量工艺参数由W0瞬时阶跃至新的值W1,待完成(N+1)层堆积后,测量单变量工艺参数阶跃前(N+1)层的平均高度Q1和阶跃后(N+1)层的平均高度Q2;

(c)计算增益系数P=(Q2-Q1)/(W1-W0);

步骤六:重复步骤二和步骤四,在每个采样时刻,根据步骤四确定的弧长误差判断是否进行开环控制,如果弧长误差为零,则单变量工艺参数值为W0;否则,根据步骤五计算新的单变量工艺参数值,并实现GTA填丝增材制造弧长的开环控制。

2.根据权利要求1所述的GTA填丝增材制造弧长前馈检测与开环控制方法,其特征在于步骤五中所述的单变量工艺参数为堆积电流或送丝速度。