CN113828900A - Waam金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法 - Google Patents

Waam金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了WAAM金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法，所述采集系统包括操作台，操作台的顶部焊接有机架，机架内腔的右侧设置有可滑动的H形滑块，H形滑块的左侧和底部均安装有超声波探测头，机架内腔的顶部设置有电弧设备，操作台的顶部设置有垫板，垫板的顶部设置有增材金属板，操作台顶部的左侧设置有红外摄录机，操作台的内腔焊接有固定板，固定板的顶部设置有环绕组件，所述操作台内腔的后侧设置有驱动组件，所述机架内腔的右侧设置有升降组件，所述垫板顶部的前侧设置有限位组件。本发明的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法可达到全程摄录无死角和平整度、高度一体检测的目的。

Description

WAAM金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法
技术领域
本发明属于WAAM金属组织演变技术领域，特别是涉及WAAM金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法。
背景技术
DED以金属为原料，电弧、激光或者电子束为热源，这种金属可以金属丝或者粉末的形式进给，粉末或金属丝被定向到聚焦光束或电弧中，并产生物质沉积，电弧增材制造工艺(WAAM)是DED的一个子分类，它包含以金属丝为原料，电弧为热源的所有工艺。
在电弧增材的过程中，会产生较为强烈的电弧光，继而使得普通的拍摄方法，在拍摄时由于曝光度较高，对增材位置的视频信息无法采集，且电弧增材一般以立体三角形态为主，使得在拍摄过程中，需要使用者频繁对拍摄设备进行移动，较为费时费力，而在增材过程结束后，通过肉眼对增材物质表面平整度进行观察时，不够直观，并且还需使用者通过测量工具对增材高度进行测量，导致检测效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供WAAM金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法，以解决现有技术的电弧增材过程中，会产生较为强烈的电弧光，继而使得普通的拍摄方法，在拍摄时由于曝光度较高，对增材位置的视频信息无法采集，且电弧增材一般以立体三角形态为主，使得在拍摄过程中，需要使用者频繁对拍摄设备进行移动，较为费时费力，而在增材过程结束后，通过肉眼对增材物质表面平整度进行观察时，不够直观，并且还需使用者通过测量工具对增材高度进行测量，导致检测效率较低的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，包括操作台，所述操作台的顶部焊接有机架，所述机架内腔的右侧设置有可滑动的H形滑块，所述H形滑块的左侧和底部均安装有超声波探测头，所述机架内腔的顶部设置有电弧设备，所述操作台的顶部设置有垫板，所述垫板的顶部设置有增材金属板，所述操作台顶部的左侧设置有红外摄录机，所述操作台的内腔焊接有固定板，所述固定板的顶部设置有环绕组件，所述环绕组件包括焊接在固定板顶部的承力柱，所述承力柱的表面设置有可转动的齿环，所述垫板和操作台之间设置有可转动的连杆，所述红外摄录机安装在连杆顶部的左侧，所述连杆底部的左侧设置有行星齿轮，所述行星齿轮和齿环相啮合，所述操作台内腔的后侧设置有驱动组件，所述机架内腔的右侧设置有升降组件，所述垫板顶部的前侧设置有限位组件。
优选的，所述驱动组件包括安装在操作台内腔底部的驱动电机，所述驱动电机的输出轴贯穿至固定板的顶部并固定连接有驱动盘，所述承力柱的表面转动连接有与齿环焊接的受力盘，所述驱动盘和受力盘通过皮带传动连接。
优选的，所述升降组件包括开设在机架内腔右侧底部的矩形滑槽，所述H形滑块滑动连接在矩形滑槽的内腔，所述机架内腔右侧的顶部开设有矩形凹槽，所述矩形凹槽的内腔安装有步进电机，所述步进电机的输出轴固定连接有升降螺杆，所述升降螺杆的底端贯穿至矩形滑槽的内腔并通过轴承与矩形滑槽内腔的底部转动连接。
优选的，所述H形滑块螺纹连接在升降螺杆的表面，所述机架右侧的底部焊接有遮板，位于H形滑块底部的超声波探测头与遮板的顶部相接触。
优选的，所述机架的右侧安装有电机控制器，所述电机控制器与步进电机电性连接。
优选的，所述限位组件包括焊接在垫板顶部前侧的矩形固定套，所述矩形固定套的内腔设置有可滑动的限位卡件，所述限位卡件卡合在增材金属板顶部的前侧。
优选的，所述操作台的顶部焊接有固定柱，所述限位卡件上开设有与固定柱相适配的矩形通孔，所述矩形通孔内腔的后侧焊接有弹簧，所述弹簧的前端与固定柱焊接。
优选的，所述垫板顶部两侧的后端均焊接有三角定位套，所述增材金属板的后侧卡合在三角定位套的内腔。
优选的，所述连杆底部的左侧焊接有导轮，所述操作台的顶部开设有与导轮相适配的环形滑槽，所述导轮的顶部和底部分别与连杆和行星齿轮焊接。
本发明还提供了一种采用上述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统的WAAM金属组织演变图像、数据采集方法，它包括如下步骤：
一、将增材金属板放置在垫板的顶部，使得增材金属板的后侧卡入三角定位套的内腔，向前拉动限位卡件，使得弹簧被压缩，直至增材金属板的底部与垫板的顶部紧密贴合后松开限位卡件，在弹簧的复位作用下，使得限位卡件卡合在增材金属板的前侧，此时增材金属板得以限位固定；
二、开启电弧设备，对增材金属板的表面进行电弧增材，在电弧增材的过程中，开启驱动电机，并在驱动盘和受力盘的配合使用下，使得齿环在承力柱的表面旋转，行星齿轮与齿环啮合使得行星齿轮带动红外摄录机绕垫板做旋转运动，通过红外摄录机对电弧增材过程进行全程摄录，摄录方向和角度可由驱动电机的运转时间和速度进行改变；
三、在电弧增材作业完成后，开启步进电机和超声波探测头，左侧的超声波探测头对增材物质表面平整度进行探测，步进电机通过升降螺杆驱动H形滑块在矩形滑槽的内腔中向上运动，同时位于H形滑块底部的超声波探测头对与遮板的间距进行探测，在左侧的超声波探测头无法检测到增材物质时，电机控制器控制步进电机停止运转，此时，左侧的超声波探测头将增材物质表面平整度的检测数据传输至电脑端，并在电脑显示器上以频谱图形式进行展示，位于H形滑块底部的超声波探测头将自身与遮板之间的距离数据传输至电脑端，此数据即为增材物质的高度。
本发明的有益效果是：本发明通过机架和电弧设备的配合使用，对增材金属板的顶部进行电弧增材，同时通过环绕组件和红外摄录机的配合使用，对电弧增材过程360°全程摄录，在增材完成后，通过升降组件和超声波探测头的配合使用，对增材物质表面平整度和增材物质的高度进行探测，即可达到全程摄录无死角和平整度、高度一体检测的目的，解决了现有技术的电弧增材过程中，会产生较为强烈的电弧光，继而使得普通的拍摄方法，在拍摄时由于曝光度较高，对增材位置的视频信息无法采集，且电弧增材一般以立体三角形态为主，使得在拍摄过程中，需要使用者频繁对拍摄设备进行移动，较为费时费力，而在增材过程结束后，通过肉眼对增材物质表面平整度进行观察时，不够直观，并且还需使用者通过测量工具对增材高度进行测量，导致检测效率较低的问题。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1为本发明中WAAM金属组织演变图像、数据采集系统的结构示意图；
图2为图1中操作台的结构示意图；
图3为本发明中WAAM金属组织演变图像、数据采集系统的局部结构示意图一；
图4为本发明中WAAM金属组织演变图像、数据采集系统的局部结构示意图二；
图5为图4中A点的放大图；
图6为图4中B点的放大图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、操作台，2、机架，3、电弧设备，4、垫板，5、环绕组件，51、承力柱，52、齿环，53、连杆，54、行星齿轮，6、驱动组件，61、驱动电机，62、驱动盘，63、受力盘，7、升降组件，71、矩形滑槽，72、矩形凹槽，73、步进电机，74、升降螺杆，75、遮板，8、限位组件，81、矩形固定套，82、限位卡件，83、固定柱，84、矩形通孔，85、弹簧，9、增材金属板，10、红外摄录机，11、H形滑块，12、超声波探测头，13、环形滑槽，14、三角定位套，15、导轮，16、固定板，17、电机控制器。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，包括操作台1，操作台1的顶部焊接有机架2，机架2内腔的右侧设置有可滑动的H形滑块11，H形滑块11的左侧和底部均安装有超声波探测头12，机架2内腔的顶部设置有电弧设备3，操作台1的顶部设置有垫板4，垫板4的顶部设置有增材金属板9，操作台1顶部的左侧设置有红外摄录机10，操作台1的内腔焊接有固定板16，固定板16的顶部设置有环绕组件5，环绕组件5包括焊接在固定板16顶部的承力柱51，承力柱51的表面设置有可转动的齿环52，垫板4和操作台1之间设置有可转动的连杆53，红外摄录机10安装在连杆53顶部的左侧，连杆53底部的左侧设置有行星齿轮54，行星齿轮54和齿环52相啮合，操作台1内腔的后侧设置有驱动组件6，机架2内腔的右侧设置有升降组件7，垫板4顶部的前侧设置有限位组件8。
所述驱动组件6包括安装在操作台1内腔底部的驱动电机61，驱动电机61的输出轴贯穿至固定板16的顶部并固定连接有驱动盘62，承力柱51的表面转动连接有与齿环52焊接的受力盘63，驱动盘62和受力盘63通过皮带传动连接，通过驱动组件6的设置，其中驱动电机61的动、驱动盘62和受力盘63的配合使用下，对齿环52进行驱动，继而使得齿环52可在承力柱51的表面发生旋转，继而使得行星齿轮54可绕齿环52的表面进行转动。
所述升降组件7包括开设在机架2内腔右侧底部的矩形滑槽71，H形滑块11滑动连接在矩形滑槽71的内腔，机架2内腔右侧的顶部开设有矩形凹槽72，矩形凹槽72的内腔安装有步进电机73，步进电机73的输出轴固定连接有升降螺杆74，升降螺杆74的底端贯穿至矩形滑槽71的内腔并通过轴承与矩形滑槽71内腔的底部转动连接。
所述H形滑块11螺纹连接在升降螺杆74的表面，机架2右侧的底部焊接有遮板75，位于H形滑块11底部的超声波探测头12与遮板75的顶部相接触，通过升降组件7的设置，其中步进电机73和升降螺杆74的配合使用下，使得H形滑块11可在矩形滑槽71的内腔中上下滑动，继而使得位于左侧的超声波探测头12对增材物质的表面平整度进行探测，同时使得位于右侧的超声波探测头12可对增材物质的高度进行测量。
所述机架2的右侧安装有电机控制器17，电机控制器17与步进电机73电性连接。
所述限位组件8包括焊接在垫板4顶部前侧的矩形固定套81，矩形固定套81的内腔设置有可滑动的限位卡件82，所述限位卡件82卡合在增材金属板9顶部的前侧。
所述操作台1的顶部焊接有固定柱83，限位卡件82上开设有与固定柱83相适配的矩形通孔84，矩形通孔84内腔的后侧焊接有弹簧85，弹簧85的前端与固定柱83焊接，通过限位组件8的设置，其中矩形固定套81和限位卡件82的配合使用，对增材金属板9的前端进行限位固定，继而提高了增材金属板9位于垫板4顶部时的稳定性。
所述垫板4顶部两侧的后端均焊接有三角定位套14，增材金属板9的后侧卡合在三角定位套14的内腔。
所述连杆53底部的左侧焊接有导轮15，操作台1的顶部开设有与导轮15相适配的环形滑槽13，导轮15的顶部和底部分别与连杆53和行星齿轮54焊接。
本发明还提供了一种采用上述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统的WAAM金属组织演变图像、数据采集方法，它包括如下步骤：
一、将增材金属板9放置在垫板4的顶部，使得增材金属板9的后侧卡入三角定位套14的内腔，向前拉动限位卡件82，使得弹簧85被压缩，直至增材金属板9的底部与垫板4的顶部紧密贴合后松开限位卡件82，在弹簧85的复位作用下，使得限位卡件82卡合在增材金属板9的前侧，此时增材金属板9得以限位固定；
二、开启电弧设备3，对增材金属板9的表面进行电弧增材，在电弧增材的过程中，开启驱动电机61，驱动电机61带动驱动盘62转动，驱动盘62通过皮带带动受力盘63转动，受力盘63带动齿环52在承力柱51的表面旋转，行星齿轮54与齿环52啮合使得行星齿轮54带动红外摄录机10绕垫板4做旋转运动，通过红外摄录机10对电弧增材过程进行全程摄录，摄录方向和角度可由驱动电机61的运转时间和速度进行改变；
三、在电弧增材作业完成后，开启步进电机73和超声波探测头12，左侧的超声波探测头12对增材物质表面平整度进行探测，步进电机73通过升降螺杆74驱动H形滑块11在矩形滑槽71的内腔中向上运动，同时位于H形滑块11底部的超声波探测头12对与遮板75的间距进行探测，在左侧的超声波探测头12无法检测到增材物质时，电机控制器17控制步进电机73停止运转，此时，左侧的超声波探测头12将增材物质表面平整度的检测数据传输至电脑端，并在电脑显示器上以频谱图形式进行展示，位于H形滑块11底部的超声波探测头12将自身与遮板75之间的距离数据传输至电脑端，此数据即为增材物质的高度。
该WAAM金属组织演变图像、数据采集系统及采集方法中，通过机架2和电弧设备3的配合使用，对增材金属板9的顶部进行电弧增材，同时通过环绕组件5和红外摄录机10的配合使用，对电弧增材过程360°全程摄录，在增材过程完成后，通过升降组件7和超声波探测头12的配合使用，对增材物质表面平整度和增材物质的高度进行探测，即可达到全程摄录无死角和平整度、高度一体检测的目的，解决了现有技术的电弧增材过程中，会产生较为强烈的电弧光，继而使得普通的拍摄方法，在拍摄时由于曝光度较高，对增材位置的视频信息无法采集，且电弧增材一般以立体三角形态为主，使得在拍摄过程中，需要使用者频繁对拍摄设备进行移动，较为费时费力，而在增材过程结束后，通过肉眼对增材物质表面平整度进行观察时，不够直观，并且还需使用者通过测量工具对增材高度进行测量，导致检测效率较低的问题。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (10)

1.WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，包括操作台(1)，所述操作台(1)的顶部焊接有机架(2)，所述机架(2)内腔的右侧设置有可滑动的H形滑块(11)，所述H形滑块(11)的左侧和底部均安装有超声波探测头(12)，所述机架(2)内腔的顶部设置有电弧设备(3)，所述操作台(1)的顶部设置有垫板(4)，所述垫板(4)的顶部设置有增材金属板(9)，所述操作台(1)顶部的左侧设置有红外摄录机(10)，所述操作台(1)的内腔焊接有固定板(16)，所述固定板(16)的顶部设置有环绕组件(5)，所述环绕组件(5)包括承力柱(51)，所述承力柱(51)的表面设置有可转动的齿环(52)，所述垫板(4)和操作台(1)之间设置有可转动的连杆(53)，所述连杆(53)底部的左侧设置有行星齿轮(54)，所述行星齿轮(54)和齿环(52)相啮合，所述操作台(1)内腔的后侧设置有驱动组件(6)，所述机架(2)内腔的右侧设置有升降组件(7)，所述垫板(4)顶部的前侧设置有限位组件(8)。
2.根据权利要求1所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述驱动组件(6)包括安装在操作台(1)内腔底部的驱动电机(61)，所述驱动电机(61)的输出轴贯穿至固定板(16)的顶部并固定连接有驱动盘(62)，所述承力柱(51)的表面转动连接有与齿环(52)焊接的受力盘(63)，所述驱动盘(62)和受力盘(63)通过皮带传动连接。
3.根据权利要求2所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述升降组件(7)包括开设在机架(2)内腔右侧底部的矩形滑槽(71)，所述H形滑块(11)滑动连接在矩形滑槽(71)的内腔，所述机架(2)内腔右侧的顶部开设有矩形凹槽(72)，所述矩形凹槽(72)的内腔安装有步进电机(73)，所述步进电机(73)的输出轴固定连接有升降螺杆(74)，所述升降螺杆(74)的底端贯穿至矩形滑槽(71)的内腔并通过轴承与矩形滑槽(71)内腔的底部转动连接。
4.根据权利要求3所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述H形滑块(11)螺纹连接在升降螺杆(74)的表面，所述机架(2)右侧的底部焊接有遮板(75)，位于H形滑块(11)底部的超声波探测头(12)与遮板(75)的顶部相接触。
5.根据权利要求4所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述机架(2)的右侧安装有电机控制器(17)，所述电机控制器(17)与步进电机(73)电性连接。
6.根据权利要求5所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述限位组件(8)包括焊接在垫板(4)顶部前侧的矩形固定套(81)，所述矩形固定套(81)的内腔设置有可滑动的限位卡件(82)，所述限位卡件(82)卡合在增材金属板(9)顶部的前侧。
7.根据权利要求6所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述操作台(1)的顶部焊接有固定柱(83)，所述限位卡件(82)上开设有与固定柱(83)相适配的矩形通孔(84)，所述矩形通孔(84)内腔的后侧焊接有弹簧(85)，所述弹簧(85)的前端与固定柱(83)焊接。
8.根据权利要求7所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述垫板(4)顶部两侧的后端均焊接有三角定位套(14)，所述增材金属板(9)的后侧卡合在三角定位套(14)的内腔。
9.根据权利要求8所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统，其特征在于，所述连杆(53)底部的左侧焊接有导轮(15)，所述操作台(1)的顶部开设有与导轮(15)相适配的环形滑槽(13)，所述导轮(15)的顶部和底部分别与连杆(53)和行星齿轮(54)焊接。
10.一种采用权利要求9所述的WAAM金属组织演变图像、数据采集系统的WAAM金属组织演变图像、数据采集方法，其特征在于，它包括如下步骤：
一、将增材金属板(9)放置在垫板(4)的顶部，使得增材金属板(9)的后侧卡入三角定位套(14)的内腔，向前拉动限位卡件(82)，使得弹簧(85)被压缩，直至增材金属板(9)的底部与垫板(4)的顶部紧密贴合后松开限位卡件(82)，在弹簧(85)的复位作用下，使得限位卡件(82)卡合在增材金属板(9)的前侧，此时增材金属板(9)得以限位固定；
二、开启电弧设备(3)，对增材金属板(9)的表面进行电弧增材，在电弧增材的过程中，开启驱动电机(61)，并在驱动盘(62)和受力盘(63)的配合使用下，使得齿环(52)在承力柱(51)的表面旋转，行星齿轮(54)与齿环(52)啮合使得行星齿轮(54)带动红外摄录机(10)绕垫板(4)做旋转运动，通过红外摄录机(10)对电弧增材过程进行全程摄录，摄录方向和角度可由驱动电机(61)的运转时间和速度进行改变；
三、在电弧增材作业完成后，开启步进电机(73)和超声波探测头(12)，左侧的超声波探测头(12)对增材物质表面平整度进行探测，步进电机(73)通过升降螺杆(74)驱动H形滑块(11)在矩形滑槽(71)的内腔中向上运动，同时位于H形滑块(11)底部的超声波探测头(12)对与遮板(75)的间距进行探测，在左侧的超声波探测头(12)无法检测到增材物质时，电机控制器(17)控制步进电机(73)停止运转，此时，左侧的超声波探测头(12)将增材物质表面平整度的检测数据传输至电脑端，并在电脑显示器上以频谱图形式进行展示，位于H形滑块(11)底部的超声波探测头(12)将自身与遮板(75)之间的距离数据传输至电脑端，此数据即为增材物质的高度。
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