CN105583522B - 一种熔覆层侧向搭接方法和装置 - Google Patents

一种熔覆层侧向搭接方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种熔覆层侧向搭接的方法和装置。该方法根据熔覆层径向截面的轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到该径向截面的曲线函数。进而，以该曲线函数和侧向搭接角度为基础，建立熔覆层模型以及熔覆层搭接模型，以计算该熔覆层进行侧向搭接时实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量。进一步，根据该熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照该扫描路径激光熔覆侧向搭接立体成形。

Description

一种熔覆层侧向搭接方法和装置
技术领域
本申请涉及激光熔覆技术领域，更具体地说，涉及一种熔覆层侧向搭接方法和装置。
背景技术
激光立体成形是一种先进的快速加工技术，该技术摒弃了开发模具的高成本、长周期的缺点，同时也能够保留传统工艺生产制造高致密度的零件的优势，在汽车、通信、航空航天等领域具有非常广阔的发展及应用前景。
激光立体成形技术在制造薄壁零件时具有十分突出的优势，目前主要应用在薄壁零件熔覆层之间的搭接。
熔覆层之间的搭接主要分为平行搭接和非平行搭接(即侧向搭接)。目前国内外对熔覆层的搭接研究主要集中在熔覆层的平行搭接层面，还未涉及到熔覆层的侧向搭接，实现熔覆层侧向搭接的关键在于如何规划激光扫描路径。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种熔覆层侧向搭接的方法和装置，通过计算熔覆偏移量来规划激光扫描路径，从而实现熔覆层的侧向搭接。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种熔覆层侧向搭接的方法，包括：
获取熔覆层径向截面的轮廓信息；
根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到熔覆层径向截面的曲线函数；
以所述曲线函数为基础建立熔覆层模型，以及以所述曲线函数和侧向搭接角度为基础建立熔覆层搭接模型；
根据所述熔覆层模型和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量；
基于所述熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照所述扫描路径经过激光熔覆侧向搭接立体成形；
所述根据所述熔覆层模型和和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量，包括：
计算熔覆层的径向截面面积、半熔点体积，以及搭接后的熔覆层体积；
根据所述径向截面面积、所述半熔点体积以及所述搭接后的熔覆层体积，基于第一预设公式计算搭接后的熔覆层的实际熔覆长度；
根据所述实际熔覆长度，基于第二预设公式L2＝L-L1，计算熔覆层的熔覆偏移量；
其中V2表示搭接后的熔覆层体积，V1表示半熔点体积，J表示熔覆层的径向截面面积，L1表示搭接后的熔覆层的实际熔覆长度，L表示预设熔覆长度，L2表示熔覆偏移量。
优选的，所述根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，包括：
采用高阶曲线函数拟合熔覆层的径向截面。
优选的，所述高阶曲线函数为：
其中，h为熔覆层高度，a为待定系数，为径向截面曲线阶数。
一种熔覆层侧向搭接的装置，包括：
信息采集单元，用于获取熔覆层径向截面的轮廓信息；
拟合单元，用于根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到熔覆层径向截面的曲线函数；
模型建立单元，用于以所述曲线函数为基础建立熔覆层模型，以及以所述曲线函数和侧向搭接角度为基础建立熔覆层搭接模型；
计算单元，用于根据所述熔覆层模型和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量；
扫描路径规划单元，用于基于所述熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照所述扫描路径经过激光熔覆侧向搭接立体成形；
所述计算单元包括：
第一计算子单元，用于计算熔覆层的径向截面面积、半熔点体积，以及搭接后的熔覆层体积；
第二计算子单元，用于根据所述径向截面面积、所述半熔点体积以及所述搭接后的熔覆层体积，基于第一预设公式计算搭接后的熔覆层的实际熔覆长度；
第三计算子单元，用于根据所述实际熔覆长度，基于第二预设公式L2＝L-L1，计算熔覆层的熔覆偏移量；
其中V2表示搭接后的熔覆层体积，V1表示半熔点体积，J表示熔覆层的径向截面面积，L1表示搭接后的熔覆层实际熔覆长度，L表示预设熔覆长度，L2表示熔覆偏移量。
优选的，所述拟合单元具体用于根据所述轮廓信息，采用高阶曲线函数拟合熔覆层的径向截面，得到熔覆层径向截面的曲线函数。
优选的，所述高阶曲线函数为：
其中，h为熔覆层高度，a为待定系数，为径向截面曲线阶数。
经由上述技术方案可知，本申请公开了一种熔覆层侧向搭接的方法和装置。该方法根据熔覆层径向截面的轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到该径向截面的曲线函数。进而，以该曲线函数和侧向搭接角度为基础，建立熔覆层模型以及熔覆层搭接模型，以计算该熔覆层进行侧向搭接时实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量。进一步，根据该熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照该扫描路径激光熔覆侧向搭接立体成形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接方法的流程示意图；
图2示出了熔覆层模型的结构示意图；
图3示出了呈现一定搭接角度的熔覆层搭接模型；
图4示出了本发明另一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接中熔覆偏移量的计算方法的流程示出图；
图5示出了本发明另一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接装置的结构示意图；
图6示出了本发明另一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1示出了本发明一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接方法的流程示意图。
由图1可知，该方法包括：
S11：获取熔覆层径向截面的轮廓信息。
S12：根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到熔覆层径向截面的曲线函数。
可选的，可采用高阶曲线对熔覆层径向截面进行拟合，以得到准确反映熔覆层径向截面的曲线函数。参见图2示出了一种反映熔覆层径向截面的曲线函数。
设该高阶曲线函数的解析式为：
其中，h为熔覆层高度，a为待定系数，为径向截面曲线阶数。通过调整α的值可以调整曲线的形貌，进而拟合出能够准确反映熔覆层径向截面的曲线函数。
其中，待定系数a的计算过程如下：
通过求公式(1)零点，可得到2个实数根x1和x2，如公式两个实数根的距离为熔覆层的宽度w，得到待定系数a的值如公式
其中，熔覆层宽度w和高度h可通过测量获取。
S13：以所述曲线函数为基础建立熔覆层模型，以及以所述曲线函数和侧向搭接角度为基础建立熔覆层搭接模型。
参见图2示出了熔覆层模型的结构示意图，由图2可知，激光一次扫描成型的熔覆层模型可以看作是半熔点1和熔道2组成。其中，半熔点时由于激光头的起停所形成的，熔道是由于激光头的移动扫描而形成的，因而熔道的长度反映了激光头的扫描长度。
进而，以熔覆层模型为基础，建立如图3所示的呈现一定搭接角度的熔覆层搭接模型。
在图3中熔覆层1为待搭接熔覆层，熔覆层2为与熔覆层进行搭接的搭接熔覆层，其中S为熔覆层2的激光头扫描起点，其扫描方向与熔覆层1的扫描方向呈β角，即熔覆层2与熔覆层1的侧向搭接角度为β角，熔覆层1和熔覆层2的扫描路径之间的交点为O1。设定S与O1之间的距离为L，即熔覆层2的预设熔覆长度为L。
需要说明的是，为了便于研究，本发明对熔覆层模型进行了简化处理，省略了熔覆层起点处的半熔点，因而S与O1之间的距离为L可作为熔覆层2的预设熔覆长度为L。
另外，本发明忽略了搭接处熔池因冶金结合而造成的体积变化，即熔覆层搭接前的体积与搭接后的体积相等。
S14：根据所述熔覆层模型和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量。
具体的，首先通过熔覆层模型和熔覆层搭接模型计算搭接后熔覆层的实际熔覆长度，进而根据实际熔覆长度和预设熔覆长度进行熔覆偏移量。
S15：基于所述熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照所述扫描路径经行激光熔覆侧向搭接立体成形。
本申请公开了一种熔覆层侧向搭接的方法。该方法根据熔覆层径向截面的轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到该径向截面的曲线函数。进而，以该曲线函数和侧向搭接角度为基于，建立熔覆层模型以及熔覆层搭接模型，以计算该熔覆层进行侧向搭接时实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量。进一步，根据该熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照该扫描路径激光熔覆侧向搭接立体成形。
参见图4示出了本发明另一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接中熔覆偏移量的计算方法的流程示出图。
由图4可知，该方法包括：
S41：计算熔覆层的径向截面面积、半熔点体积，以及搭接后的熔覆层体积。
采用CREO软件通过曲线函数f(x)建立搭接前的熔覆层模型以及搭接后的熔覆层搭接模型，并计算该熔覆层的径向截面面积J、半熔点体积V1以及搭接后的熔覆层体积V2。
S42：根据所述径向截面面积、所述半熔点体积以及所述搭接后的熔覆层体积，基于第一预设公式计算搭接后的熔覆层的实际熔覆长度。
由搭接前的熔覆层模型可知，搭接前的熔覆层体积V0＝V1+J*L1，其中L1为熔道长度，即熔覆层搭接后的实际熔覆长度。
需要说明的是，由于本发明忽略了搭接处熔池因冶金结合而造成的体积变化，因而熔覆层搭接前的体积与搭接后的体积相等，从而可根据上述公式计算搭接或熔覆层的实际熔覆长度。
S43：根据所述实际熔覆长度，基于第二预设公式L2＝L-L1，计算熔覆层的熔覆偏移量。
其中V2表示搭接后的熔覆层体积，V1表示半熔点体积，J表示熔覆层的径向截面面积，L1表示搭接后的熔覆层的实际熔覆长度，L表示预设熔覆长度，L2表示熔覆偏移量。
参见图5示出了本发明另一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接装置的结构示意图。
由图5可知，该装置包括：信息采集单元51、拟合单元52、模型建立单元53、计算单元54以及扫描路径规划单元55。
其中，信息采集单元51用于获取熔覆层径向截面的轮廓信息。
拟合单元52用于根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到熔覆层径向截面的曲线函数。
可选的，拟合单元具体用于采用高阶曲线函数拟合熔覆层的径向截面，得到熔覆层径向截面的曲线函数。
模型建立单元53，用于以所述曲线函数为基础建立熔覆层模型，以及以所述曲线函数和侧向搭接角度为基础建立熔覆层搭接模型。
计算单元54，用于根据所述熔覆层模型和和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量。
扫描路径规划单元55，用于基于所述熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照所述扫描路径经过激光熔覆侧向搭接立体成形。
参见图6示出了本发明另一个实施例公开的一种熔覆层侧向搭接装置的结构示意图。
与上一个装置实施例不同的是，在本实施例中该计算单元具体包括第一计算子单元541、第二计算子单元542以及第三计算子单元543。
第一计算子单元541用于计算熔覆层的径向截面面积、半熔点体积，以及搭接后的熔覆层体积。
第二计算子单元542用于根据所述径向截面面积、所述半熔点体积以及所述搭接后的熔覆层体积，基于第一预设公式计算搭接后的熔覆层的实际熔覆长度。
第三计算子单元543用于根据所述实际熔覆长度，基于第二预设公式L2＝L-L1，计算熔覆层的熔覆偏移量。
其中V2表示搭接后的熔覆层体积，V1表示半熔点体积，J表示熔覆层的径向截面面积，L1表示搭接后的熔覆层实际熔覆长度，L表示预设熔覆长度，L2表示熔覆偏移量。
需要说明的是上述装置实施例与方法实施例相对应，其执行过程和执行原理相同，在此不作赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种熔覆层侧向搭接的方法，其特征在于，包括：
获取熔覆层径向截面的轮廓信息；
根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到熔覆层径向截面的曲线函数；
以所述曲线函数为基础建立熔覆层模型，以及以所述曲线函数和侧向搭接角度为基础建立熔覆层搭接模型；
根据所述熔覆层模型和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量；
基于所述熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照所述扫描路径经过激光熔覆侧向搭接立体成形；
其中所述根据所述熔覆层模型和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量，包括：
计算熔覆层的径向截面面积、半熔点体积，以及搭接后的熔覆层体积；
根据所述径向截面面积、所述半熔点体积以及所述搭接后的熔覆层体积，基于第一预设公式计算搭接后的熔覆层的实际熔覆长度；
根据所述实际熔覆长度，基于第二预设公式L2＝L-L1，计算熔覆层的熔覆偏移量；
其中V2表示搭接后的熔覆层体积，V1表示半熔点体积，J表示熔覆层的径向截面面积，L1表示搭接后的熔覆层的实际熔覆长度，L表示预设熔覆长度，L2表示熔覆偏移量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，包括：
采用高阶曲线函数拟合熔覆层的径向截面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高阶曲线函数为：
<mrow> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msup> <mi>ax</mi> <mo>&amp;part;</mo> </msup> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>;</mo> </mrow>
其中，h为熔覆层高度，a为待定系数，为径向截面曲线阶数。
4.一种熔覆层侧向搭接的装置，其特征在于，包括：
信息采集单元，用于获取熔覆层径向截面的轮廓信息；
拟合单元，用于根据所述轮廓信息对熔覆层的径向截面进行拟合，得到熔覆层径向截面的曲线函数；
模型建立单元，用于以所述曲线函数为基础建立熔覆层模型，以及以所述曲线函数和侧向搭接角度为基础建立熔覆层搭接模型；
计算单元，用于根据所述熔覆层模型和所述熔覆层搭接模型，计算熔覆层的实际熔覆长度与预设熔覆长度之间的熔覆偏移量；
扫描路径规划单元，用于基于所述熔覆偏移量规划激光的扫描路径，以按照所述扫描路径经过激光熔覆侧向搭接立体成形；
所述计算单元包括：
第一计算子单元，用于计算熔覆层的径向截面面积、半熔点体积，以及搭接后的熔覆层体积；
第二计算子单元，用于根据所述径向截面面积、所述半熔点体积以及所述搭接后的熔覆层体积，基于第一预设公式计算搭接后的熔覆层的实际熔覆长度；
第三计算子单元，用于根据所述实际熔覆长度，基于第二预设公式L2＝L-L1，计算熔覆层的熔覆偏移量；
其中V2表示搭接后的熔覆层体积，V1表示半熔点体积，J表示熔覆层的径向截面面积，L1表示搭接后的熔覆层实际熔覆长度，L表示预设熔覆长度，L2表示熔覆偏移量。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述拟合单元具体用于根据所述轮廓信息，采用高阶曲线函数拟合熔覆层的径向截面，得到熔覆层径向截面的曲线函数。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高阶曲线函数为：
<mrow> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msup> <mi>ax</mi> <mo>&amp;part;</mo> </msup> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>;</mo> </mrow>
其中，h为熔覆层高度，a为待定系数，为径向截面曲线阶数。
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