CN108481735A - 基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法及装置。本发明所提出的基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法及装置，将测距装置、加工制造单元等合理的集成在一起，通过测距装置将前i层的总高度和实际平均高度反馈至控制单元，控制单元实时分层切片和路径规划，避免了理论高度和实际高度不一致导致外形尺寸难以保证甚至整个结构件报废的情况，很好地实现对于电弧增材制造复杂结构件外形尺寸的精确控制。

Description

基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法及装置
技术领域
本发明属于增材制造领域，具体涉及一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法及装置。
背景技术
增材制造技术基于离散－堆积原理，通过既定热源对金属材料的逐层熔化，沉积生长，直接由三维模型近净成形高性能结构件，是未来结构件先进制造发展的重要方向。
其中，电弧增材制造是采用电弧热为热源、丝材为原材料的一种增材制造技术。与其他金属增材制造技术相比较，电弧增材制造技术具有设备成本低(激光增材的激光器成本是电弧增材制造整套系统的几倍甚至上十倍)、沉积效率高(可达每小时几公斤的沉积速度)、运行成本低(电-电弧转换率85％以上，而电-光转换率最多也只有25％左右)、可成形结构件尺寸大等优点。
然而，实际电弧增材制造过程中，由于热量累积效应等原因导致每层的实际成形高度不一致，若采用统一的理论高度进行分层切片并生成程序代码再进行后续的增材，可能导致外形尺寸难以得到保证甚至整个结构件的最终报废。
发明内容
本发明解决的技术问题是：该方法克服了现有技术的不足，提供了一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法及装置，解决了电弧增材每层的实际高度和预设的理论高度不一致可能导致的整个结构件外形尺寸难以保证甚至报废的问题。
本发明的技术方案是：一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法，步骤如下：
1)通过工艺试验得到所需的工艺参数；
2)进行第一层的分层切片和路径规划，机械臂按照上位机给出的运动指令进行第一层分层切片，每隔时间T测量一次高度，第一层增材结束后，计算得到出第一层的总高度h1和实际平均高度
3)第一层增材完成后，调整切片厚度焊枪抬高量为Δh2＝h1，再通过上位机控制机械臂进行第二层分层切片；
4)从第三层开始，按照前i层的总高度hi和实际平均高度进行第(i+1)层的分层切片和路径规划，增材制造第(i+1)层时，焊枪抬升高度Δhi+1＝hi-hi-1，调整切片厚度直至总高度满足设计指标要求，即完成整个结构件的电弧增材制造；i＝2,3,4……。
所述时间T＝10s-15s。
采用测距装置进行高度测量，包括激光或超声波或红外线测量装置。
一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制装置，包括平台单元、加工制造单元和控制单元；平台单元用于放置成形用基板，加工制造单元完成结构件的电弧增材制造，控制单元接收相关信息并完成对加工制造单元的控制。
所述加工制造单元位于平台单元长度方向的中轴线上距平台30mm-80mm，控制单元和加工制造单元位于平台单元的同侧，距离平台50mm-100mm。
所述平台单元包括用于放置和夹持成形基板的加工平台。
所述加工制造单元包括焊枪、激光测距装置和机械臂；焊枪、激光测距装置通过工装固定于机械臂的J6轴上，焊枪和激光测距装置位于J6轴的两侧，激光测距装置上装有紧固件，通过调节紧固件在激光测距装置的位置来调整激光测距装置距待测结构件上表面的距离。
所述控制单元接收激光测距装置测得的待测结构件高度，根据前n层的总高度hn和实际平均高度进行第(n+1)层的分层切片、路径规划，通过上位机实时通讯功能控制成形路径；n为正整数。
所述焊枪、激光测距装置以及机械臂的J6轴，三者的中轴线在一个平面内。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上所述方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明所提出的基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法及装置，将测距装置、加工制造单元等合理的集成在一起，通过测距装置将前i层的总高度hi和实际平均高度反馈至控制单元，控制单元实时分层切片和路径规划，避免了理论高度和实际高度不一致导致外形尺寸难以保证甚至整个结构件报废的情况，很好地实现对于电弧增材制造复杂结构件外形尺寸的精确控制。
附图说明
图1为本发明所述基于自适应切片的结构件外形尺寸控制装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法。该方法中采用焊机提供热量熔化丝材，机械臂控制成形路径，在增材当前层时，测距装置对结构件的当前高度进行测量并计算平均高度，焊枪和测距装置均通过工装等固定于同一机械臂上，分层切片软件根据当前高度进行下一层的分层切片、路径规划及程序生成，通过上位机等实时控制机械臂的成形路径以完成该层的增材制造，如此循环直至高度满足设计指标要求，即完成了结构件的电弧增材制造并实现了对结构件外形尺寸的精确控制。
具体步骤为：
1)通过工艺试验得到所需的工艺参数；
2)先进行第1层的分层切片和路径规划，机械臂按照上位机给出的运动指令连续走出相应轨迹，通过测距装置每隔10s-15s测量一次高度；测距装置包括激光或超声波或红外线测量装置；第1层增材结束即计算出第1层的总高度h1和实际平均高度
3)第1层增材完成后，根据总高度h1和实际平均高度进行第2层的分层切片，分层切片厚度焊枪抬高量为Δh2＝h1再通过上位机等控制机械臂成形路径；
4)如此循环，按照前i层的总高度hi和实际平均高度对进行第(i+1)层的分层切片和路径规划，增材制造第(i+1)层时，焊枪抬升高度(机械臂Z轴的增加量)为Δhi+1＝hi-hi-1，分层切片厚度直至总高度满足设计指标要求即完成整个结构件的电弧增材制造；i＝2,3,4……。
本发明基于自适应切片的结构件外形尺寸控制装置主要包括平台单元、加工制造单元和控制单元；平台单元用于放置成形用基板7，加工制造单元完成结构件的电弧增材制造，控制单元接收相关信息并完成对加工制造单元的控制。所述加工制造单元位于平台单元长度方向的中轴线上距平台30mm-80mm，控制单元和加工制造单元位于平台单元的同侧，距离平台50mm-100mm。所述平台单元包括用于放置或用夹具6夹持成形基板7的加工平台5。所述加工制造单元包括焊枪9、激光测距装置4和机械臂1；焊枪9、激光测距装置4通过工装固定于机械臂的J6轴上，焊枪和激光测距装置位于J6轴的两侧，激光测距装置上装有紧固件3，通过调节紧固件3在激光测距装置的位置来调整激光测距装置距待测结构件8上表面的距离。所述控制单元接收激光测距装置4测得的待测结构件8高度，根据前n层的总高度hn和实际平均高度进行第(n+1)层的分层切片、路径规划，通过上位机10实时通讯功能控制成形路径；n为正整数。所述焊枪9、激光测距装置4以及机械臂的J6轴，三者的中轴线在一个平面内。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法，其特征在于步骤如下：
1)通过工艺试验得到所需的工艺参数；
2)进行第一层的分层切片和路径规划，机械臂按照上位机给出的运动指令进行第一层分层切片，每隔时间T测量一次高度，第一层增材结束后，计算得到出第一层的总高度h1和实际平均高度
3)第一层增材完成后，调整切片厚度焊枪抬高量为Δh2＝h1，再通过上位机控制机械臂进行第二层分层切片；
4)从第三层开始，按照前i层的总高度hi和实际平均高度进行第(i+1)层的分层切片和路径规划，增材制造第(i+1)层时，焊枪抬升高度Δhi+1＝hi-hi-1，调整切片厚度直至总高度满足设计指标要求，即完成整个结构件的电弧增材制造；i＝2,3,4……。
2.根据权利要求1所述的基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法，其特征在于：所述时间T＝10s-15s。
3.根据权利要求1所述的基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制方法，其特征在于：采用测距装置进行高度测量，包括激光或超声波或红外线测量装置。
4.一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制装置，其特征在于：包括平台单元、加工制造单元和控制单元；平台单元用于放置成形用基板，加工制造单元完成结构件的电弧增材制造，控制单元接收相关信息并完成对加工制造单元的控制。
5.根据权利要求4所述的一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制装置，其特征在于：所述加工制造单元位于平台单元长度方向的中轴线上距平台30mm-80mm，控制单元和加工制造单元位于平台单元的同侧，距离平台50mm-100mm。
6.根据权利要求4所述的一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制装置，其特征在于：所述平台单元包括用于放置和夹持成形基板的加工平台(5)。
7.根据权利要求4所述的一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制装置，其特征在于：所述加工制造单元包括焊枪(9)、激光测距装置(4)和机械臂(1)；焊枪(9)、激光测距装置(4)通过工装固定于机械臂的J6轴上，焊枪和激光测距装置位于J6轴的两侧，激光测距装置上装有紧固件(3)，通过调节紧固件(3)在激光测距装置的位置来调整激光测距装置距待测结构件(8)上表面的距离。
8.根据权利要求4所述的一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制装置，其特征在于：所述控制单元接收激光测距装置(4)测得的待测结构件(8)高度，根据前n层的总高度hn和实际平均高度进行第(n+1)层的分层切片、路径规划，通过上位机实时通讯功能控制成形路径；n为正整数。
9.根据权利要求7所述的一种基于自适应分层切片的结构件外形尺寸控制装置，其特征在于：所述焊枪(9)、激光测距装置(4)以及机械臂的J6轴，三者的中轴线在一个平面内。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-3任意所述方法的步骤。
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