CN112388107A - 一种增材制造成形几何在线监控与校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，包括：1、安装好激光测距仪；2、设定间隔校正之间的增材层数及成形高度的误差范围；3、对待加工零件进行3D建模，然后设定初始分层层高作为首次分层依据，进行路径规划，再将路径文件导入增材系统，准备增材；4、进行设定层数的增材制造，并通过激光测距仪获取实时层高和已成形实际高度；5、判断测得的实际增材层高与设定层高的差值是否在误差范围内，是则按原路径继续增材，否则将设计总高度减去已成形实际高度，对于剩余待加工部分，重新分层及路径规划，继续增材；6、按照上述步骤进行加工及多次尺寸校正至无剩余部分，完成实时校正。该方法有利于提高增材制造的精度，降低废品率。

Description

一种增材制造成形几何在线监控与校正方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种增材制造成形几何在线监控与校正方法。
背景技术
电弧增材制造技术，以电弧为载能束，配合3D建模、分层、路径规划等技术将丝材先融化后凝固逐层堆叠的方式制造金属实体构件，该技术能够成形传统机械加工方法不能成形的复杂结构零件，该技术用来成形钛合金速率快，故相较于以等离子束、激光为热源的增材制造方法在成本、效率、大尺寸方面具有不可比拟的优势，是智能制造领域中极具潜力的数字化加工制造方法。
但在电弧增材制造过程中，持续送丝时送丝系统存在不稳定性，以及电弧受环境因素影响较大，进而影响同步进给的金属量和能量输入，随着增材层数的增加这种影响会愈加剧烈，导致同一成形零件在成形过程中相同加工层数高度不一致。再加上分层和路径规划时的层高一般来源于实验，实际增材过程中的层高与实验值存在误差，并且这种误差会实时变化，层数越多时误差越大。所以在增材制造中采用一次分层、路径规划、加工成形的方法，会导致成形零件实际几何尺寸较设计要求存在较大差异。对于几何简单、尺寸精度要求较低的成形件，这种缺陷尚可修复，目前，工业上通常采用机加工或补焊的方式来修复这种几何尺寸缺陷。
但是对于一些具有特定几何结构、有定位、装配等要求的成形件，一旦出现上述尺寸差异，便无法满足实际使用要求，采用传统的方法很难修复，甚至不能修复，产生废品，从而浪费时间和人力成本，极大地影响生产加工效率，因此，如何有效控制增材制造成形尺寸精度成为关键。
采用激光测距仪可以精确的测量零件的高度，在增材制造过程中使用激光测距仪可以实时监控零件成形高度变化，配备采集卡可实时记录测量数据，将获得的实时高度与设计的层高进行对比，对于已产生的误差可利用重新进行分层和路径规划的方式校正，并且可以用实时测量获得的层高作为下一次分层的数据依据，保证在增材过程中每几层甚至每一层的高度都符合设计要求，继而达到有效控制增材制造成形几何尺寸精度的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，该方法有利于提高增材制造的精度，降低废品率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，包括以下步骤：
（1）安装好激光测距仪，以在增材制造过程中采集实时层高和已成形零件高度；
（2）根据待增材零件的尺寸和精度要求设定每加工几层进行一次校正，即间隔校正之间的增材层数，设定成形高度的误差范围；
（3）采用建模软件对待加工零件进行3D建模，然后设定一初始分层层高作为首次分层依据，将分层数据导入路径规划软件进行路径规划，再将路径文件导入增材系统，准备增材；
（4）进行设定层数的增材制造，并通过激光测距仪获取实时层高和已成形实际高度；
（5）判断激光测距仪测得的增材设定层数得到的实际层高与设定层高的差值是否在设定的误差范围内，是则按照原来的路径继续增材，否则将设计总高度减去已成形实际高度，对于剩余待加工部分，重新调整间隔校正之间增材层数，以增材实际得到的每层层高数据为依据重新分层，并重新进行路径规划，重复步骤（2）到步骤（5）继续增材；
（6）在整个电弧增材成形过程中，按照上述步骤进行加工及多次尺寸校正，加工至无剩余待加工部分即停止加工，完成实时校正。
进一步地，将激光测距仪安装到增材用机械臂上或其他合适位置，调试激光测距仪，确保测量正常运行并将测量数据实时传输到采集卡。
进一步地，控制激光测距仪在每次增材开始前打开，结束时关闭，以采集并输出实时层高和已成形零件高度。
进一步地，在增材制造开始阶段，设定一个间隔校正之间的增材层数n，然后根据测得的增材设定层数得到的实际层高与设定层高的误差大小，调整增材层数n，最小可做到逐层校正；误差范围也可根据不同增材层数进行调整，以使实际加工得到的零件达到精度要求。
进一步地，将激光测距仪测得的增材设定层数得到的实际层高除于设定的间隔校正之间的增材层数，得到所述增材实际得到的每层层高数据。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明可实时监控增材制造零件的高度变化，针对零件高度尺寸进行在线校正，极大程度保证了成形零件的高度精度，保证了具有定位、装配等精度要求高的零件质量，降低生产过程的废品率，显著提升加工效率，节约成本。
附图说明
图1是本发明实施例的方法实现流程图。
图2是本发明实施例中轴类零件加工示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，包括以下步骤：
（1）安装好激光测距仪，以在增材制造过程中采集实时层高和已成形零件高度。
在本实施例中，将激光测距仪安装到增材用机械臂上或其他合适位置，调试激光测距仪，确保测量正常运行并将测量数据实时传输到采集卡。可通过软件控制激光测距仪在每次增材开始前打开，结束时关闭，以采集并输出实时层高和已成形零件高度。
（2）根据待增材零件的尺寸和实际使用场合的精度要求设定每加工几层进行一次校正，即间隔校正之间的增材层数，设定可接受的成形高度的误差范围。
（3）采用建模软件对待加工零件进行3D建模，然后设定一初始分层层高作为首次分层依据，将分层数据导入路径规划软件进行路径规划，再将路径文件导入增材系统，准备增材。
（4）进行设定层数的增材制造，并通过激光测距仪获取实时层高和已成形实际高度。
（5）判断激光测距仪测得的增材设定层数得到的实际层高与设定层高的差值是否在设定的误差范围内，是则按照原来的路径继续增材，否则将设计总高度减去已成形实际高度，对于剩余待加工部分，重新调整间隔校正之间增材层数，以增材实际得到的每层层高数据为依据重新分层，并重新进行路径规划，重复步骤（2）到步骤（5）继续增材。
其中，将激光测距仪测得的增材设定层数得到的实际层高除于设定的间隔校正之间的增材层数，得到所述增材实际得到的每层层高数据。
在增材制造开始阶段，设定一个间隔校正之间的增材层数n，然后根据测得的增材设定层数得到的实际层高与设定层高的误差大小，调整增材层数n，最小可做到逐层校正；误差范围也可根据不同增材层数进行调整，以使实际加工得到的零件达到精度要求。规定监控层数越少，误差范围越小，在线校正的次数就越多，成形的零件几何尺寸精度也越高。
（6）在整个电弧增材成形过程中，按照上述步骤进行加工及多次尺寸校正，加工至无剩余待加工部分即停止加工，完成实时校正。
下面以图2中的轴类零件加工为例进行说明。采用电弧增材制造方法制造轴类零件，轴类零件每个基准面都有严格的尺寸精度要求。开始增材之前先安装好激光测量仪，此实施例是固定机械臂上，其它设备根据要求设置。如图2(a)所示为待成型件，利用专业软件对2(a)进行分层和路径规划，规定每堆焊5层进行一次实时尺寸校正，规定误差为1mm，则在实际增材5层之后会得到实际增材5层零件高度，利用软件对比5层模型和实际高度，如图2(b)所示。开始校正，此时用2(a)的总高度减去2(b)中的实际高度，剩余部分如图2(c)所示，此时对2(c)重新进行分层和路径规划，此时分层的层高来源于之前激光测量结果以尽可能地减少尺寸误差，之后再增材5层，此时零件高度改变，再用图2(c)所示高度减去此时的实际零件高度，对剩余高度部分进行重新分层和路径规划，以此循环直至获得最终的成形件，最终的成形件尺寸与模型尺寸误差很小，从而解决了装配尺寸精度要求高的难题。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）安装好激光测距仪，以在增材制造过程中采集实时层高和已成形零件高度；
（2）根据待增材零件的尺寸和精度要求设定每加工几层进行一次校正，即间隔校正之间的增材层数，设定成形高度的误差范围；
（3）采用建模软件对待加工零件进行3D建模，然后设定一初始分层层高作为首次分层依据，将分层数据导入路径规划软件进行路径规划，再将路径文件导入增材系统，准备增材；
（4）进行设定层数的增材制造，并通过激光测距仪获取实时层高和已成形实际高度；
（5）判断激光测距仪测得的增材设定层数得到的实际层高与设定层高的差值是否在设定的误差范围内，是则按照原来的路径继续增材，否则将设计总高度减去已成形实际高度，对于剩余待加工部分，重新调整间隔校正之间增材层数，以增材实际得到的每层层高数据为依据重新分层，并重新进行路径规划，重复步骤（2）到步骤（5）继续增材；
（6）在整个电弧增材成形过程中，按照上述步骤进行加工及多次尺寸校正，加工至无剩余待加工部分即停止加工，完成实时校正。
2.根据权利要求1所述的一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，其特征在于，将激光测距仪安装到增材用机械臂上或其他合适位置，调试激光测距仪，确保测量正常运行并将测量数据实时传输到采集卡。
3.根据权利要求1所述的一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，其特征在于，控制激光测距仪在每次增材开始前打开，结束时关闭，以采集并输出实时层高和已成形零件高度。
4.根据权利要求1所述的一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，其特征在于，在增材制造开始阶段，设定一个间隔校正之间的增材层数n，然后根据测得的增材设定层数得到的实际层高与设定层高的误差大小，调整增材层数n，最小可做到逐层校正；误差范围也可根据不同增材层数进行调整，以使实际加工得到的零件达到精度要求。
5.根据权利要求1所述的一种增材制造成形几何在线监控与校正方法，其特征在于，将激光测距仪测得的增材设定层数得到的实际层高除于设定的间隔校正之间的增材层数，得到所述增材实际得到的每层层高数据。
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