CN113843575A - 一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法，涉及再制造与建筑工程技术领域，该系统包括系统控制、铝模固定、板面开孔识别、摩擦塞补焊、位移运动、前处理钻孔以及后处理铣削等模块。该方法利用上述系统中的铝模固定模块进行铝模毛坯的固定夹紧，利用板面开孔识别模块进行开孔位置与尺寸识别，利用摩擦塞补焊模块进行铝模修复并根据加工状态自适应控制修复质量，利用位移运动模块控制铝模、焊枪、刀具和传感器的移动，利用前处理钻孔模块进行塞孔加工，利用后处理铣削模块进行余量去除。该系统及方法可避免传统修复技术面临的质量不稳定问题，达到再制造的效果，同时集成化与自动化程度高，可适应大规模生产。

Description

一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法

技术领域

本发明涉及再制造与建筑工程技术领域，具体地，涉及一种可用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法。

背景技术

铝合金模板全称为混凝土工程铝合金模板，因具有强度高、拼缝少、精度高、效率高、可多次循环利用、综合成本较低等优势，在建筑工程领域的应用愈加广泛。而在建筑施工过程中，一方面，因存在钢筋遮挡铝模对拉螺栓孔等问题，这导致施工单位不得不重新开孔或拓孔；而另一方面，现有设计图纸许多为根据木模制定的施工方案，在转换为铝模后，铝模板对拉螺栓孔位置与孔径均会发生变化，上述两个原因均导致了铝模板的大量损耗乃至报废。因此，如能对不同程度开孔的铝模板板面进行再制造修复，则可以显著节约企业成本，减少资源浪费，促进绿色建造的实现。

目前，铝模修复方法主要是借助传统的人工电弧焊接或激光焊接来完成，但因为铝合金材料自身的高反射率、高热传导、低熔点等特性，使得传统修复技术存在易产生缺陷、耗时较长、质量不稳定等问题。

摩擦塞补焊是一种固相补焊焊接技术，首先将缺陷加工成塞孔；其次，利用与塞孔相匹配的塞棒进行填充，具体方式为塞棒与塞孔作相对高速旋转运动，同时沿塞孔轴线进给；然后，当塞孔与塞棒之间的界面在热和压力作用下达到塑性状态时紧急制动；最后，保持一定的压力直至冷却，实现塞孔与塞棒连接。该技术可避免传统电弧或激光焊接技术在修复铝合金材料时的诸多问题，特别适合铝合金零部件的修复。在利用摩擦针塞补焊进行铝合金模板修复时，一方面，铝合金模板通常用于高层建筑混凝土浇灌，具有大批量特点；另一方面，铝合金模板不同的开孔位置又使得其修复过程具有定制化需求。因此，现有的常规摩擦塞补焊无法经济有效地使用在铝合金模板板面开孔的修复中，在大批量与个性化共同约束下，需要开发一种效率较高、经济合理且能有效实现不规则散布开孔修复的铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，提出相应的再制造修复方法。

发明内容

鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，实现铝模板面开孔缺陷的修复，降低建筑行业施工成本，促进绿色建造的实施，本发明提供了一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法，能够解决目前铝合金模板板面开孔损耗/报废，或传统电弧与激光焊接技术在修复时易产生缺陷、耗时较长、质量不稳定等问题。

一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，包括系统控制模块、铝模固定模块、板面开孔识别模块、摩擦塞补焊模块、位移运动模块、前处理钻孔模块以及后处理铣削模块，所述系统控制模块连接控制所述铝模固定模块、板面开孔识别模块、摩擦塞补焊模块、位移运动模块、前处理钻孔模块和后处理铣削模块。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，所述系统控制模块包括显示器、控制柜以及若干连接线。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，所述铝模固定模块包括铝模夹紧单元和铝模支撑单元。所述铝模固定模块可用于铝合金模板的装夹与固定，包括：铝模夹紧单元、铝模支撑单元；铝模夹紧单元可利用夹具固定铝模；铝模支撑单元可利用夹具给予铝模一个支持力，避免焊接时铝模变形。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，所述板面开孔识别模块包括采集单元、处理单元以及识别单元。所述板面开孔识别模块用于对铝合金模板板面的开孔缺陷进行检测与定位，并将开孔缺陷信息传输给系统控制模块，包括：采集单元、处理单元、识别单元；采集单元可利用一至两个工业相机或3D相机或位移传感器或热像仪等进行铝模表面数据的采集；处理单元用于对数据进行预处理，包括亮度、对比度等参数的调节，以及在时域与频域对数据的滤波降噪；识别单元可对开孔信息进行识别提取。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，所述摩擦塞补焊模块包括摩擦塞棒单元、塞补焊机单元以及质量调控单元。所述摩擦塞补焊模块用于对铝合金模板的开孔缺陷进行快速修复作业，包括：摩擦塞棒单元、塞补焊机单元、质量调控单元；摩擦塞棒单元用于提供修复材料：塞棒；塞补焊机单元用于夹持塞棒，并提供修复时所需转速与压力；质量调控单元可利用板面开孔识别模块中的采集单元，进行摩擦塞补焊加工过程信息的采集，经过数据处理识别与反馈调控等手段，对加工质量进行实时调控。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，所述位移运动模块包括铝模移动单元、焊枪移动单元、钻铣刀移动单元以及传感器移动单元。所述位移运动模块用于根据系统控制模块的命令控制修复工具与修复对象之间的相对运动，包括：铝模移动单元、焊枪移动单元、钻/铣刀移动单元、传感器移动单元。所述传感器移动单元中所述传感器泛指采集单元中采用的工业相机或3D相机或位移传感器或热像仪等设备。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，所述前处理钻孔模块包括钻孔电主轴单元、钻孔刀库单元以及毛刺去除单元。所述前处理钻孔模块用于摩擦塞补焊塞孔的加工，包括：钻孔电主轴单元、钻孔刀库单元、毛刺去除单元。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，所述后处理铣削模块包括铣削电主轴单元、铣削刀库单元以及毛刺去除单元。所述后处理铣削模块用于摩擦塞补焊修复后表面余量去除，包括：铣削电主轴单元、铣削刀库单元、毛刺去除单元。

一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，包括以下步骤：

步骤1：对回收的铝合金模板进行预处理，包括清洗、干燥、喷砂；

步骤2：通过系统控制模块控制铝模固定模块，利用夹具固定并支撑铝模来保持加工过程中的稳定性，通过位移运动模块的铝模移动单元将铝模移至摩擦塞补焊模块的工作区域；

步骤3：位移运动模块传感器移动单元携带板面开孔识别模块采集单元的传感器对铝合金模板板面进行扫描，给出开孔信息，并将上述信息传递至系统控制模块；系统控制模块根据采集的信息按照预先设定的程序制定修复方案；

步骤4：根据开孔信息，前处理钻孔模块调用刀具进行圆柱或圆锥形塞孔加工，加工后去除毛刺以避免影响后续焊接质量；

步骤5：根据开孔信息与塞孔加工方案，选择圆柱或圆锥形塞棒，预设摩擦塞补焊修复工艺参数，包括焊接转速、焊接压力和塞棒进给量，进行塞补焊修复；

步骤6：利用后处理模块进行摩擦塞补焊后表面余量的去除，并进行毛刺去除。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，在步骤5中，进行塞补焊修复的同时，利用传感器反馈的加工状态信息，进行工艺参数的反馈和调控，以确保焊接质量。

进一步地，一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，该方法的摩擦塞补焊模块包括了质量调控单元，质量调控单元可利用板面开孔识别模块中的采集单元，进行摩擦塞补焊加工过程信息的采集，经过数据处理识别与反馈调控等手段，对加工质量进行自适应控制。步骤如下：

步骤1：两个热像仪与摩擦塞补焊区域中心置于同一平面，且两个热像仪视野范围覆盖摩擦塞补焊区域，通过标定板进行热像仪的对焦，并标定图像与实际尺寸的比例，同时校正热像仪与铝模平面之间倾斜角度所带来的误差，综合得到热像仪红外图像像素值与实际尺寸的比例为n₁:1；

步骤2：热像仪自带的可见光波段工业相机功能，可同步执行步骤1，得到热像仪可见光图像像素值与实际尺寸的比例为n₂:1，也可以采用另放置可见光波段工业相机的方法来替代热像仪自带的可见光波段工业相机功能；

步骤3：摩擦塞补焊塞棒与已加工塞孔的相对位移由位移运动模块中的焊枪移动单元来执行；

步骤4；采集单元中的各个传感器与已加工塞孔的相对位移由位移运动模块中的传感器移动单元来执行，采集帧率范围为5～200fps；在此过程中，传感器移动单元可与焊枪移动单元合并，实际应用中可以合并也可以不合并；

步骤5；对采集到的图像进行预处理，包括灰度处理、图像滤波降噪、温度分布特征提取、灰度纹理特征和结合界面特征提取，处理速度为5～200ms；

灰度处理使原图像灰度直方图中的灰度分布范围至少压缩至原图的1/2；

图像滤波降噪去除塞棒与塞孔结合处不规则毛刺和飞溅铝材的干扰，去除像素值小于3的噪声；

温度分布特征提取获得摩擦塞补焊加工时的温度分布情况T(x,y)，可提取高于温度阈值T’的面积像素值S；

其中，在具体实施时，T’通常可为熔点温度的60％～70％；

灰度纹理特征提取获得摩擦塞补焊加工时，焊接区域高于灰度阈值η’的面积像素值A；

其中，η’通常与具体处理方法有关，具体实施时，可采用大津阈值分割算法OTSU来确定；

结合界面特征提取获得摩擦塞补焊加工时塞棒与母材摩擦结合处实际与理论位置之间的偏差像素值L；

步骤6：根据步骤1中的标定比例n₁:1和n₂:1以及步骤5对图像的处理，采集连接失败B1、连接不良B2、孔洞缺陷B3和无缺陷B4等加工状态时，焊接区域高于温度T’的实际最大面积s＝S/n₁ ²，焊接区域高于灰度阈值η’的实际面积a＝A/n₂ ²，以及塞棒与母材实际摩擦界面与理论界面之间的偏差实际值l＝L/n₂；

步骤7：计算关键过程特征参数，其中包括温度特征σ＝s/c，c为焊接区域面积，流动系数μ＝a/c，直线度偏差α＝l/l_c，l_c为理论摩擦界面长度，根据实际加工与理论计算，给出适用于不同铝模板材料的温度特征阈值σ’、流动系数阈值μ’、直线度偏差阈值α’，以σ、μ和α进行加工过程中材料流动和界面变形情况的判断，具体流程见图3，当σ<σ’时，材料无法有效流动，加工状态为连接失败B1，当σ>σ’、μ<μ’时，材料无法充分流动，加工状态为连接不良B2，当σ>σ’、μ>μ’时，材料可以正常流动，这时进行摩擦界面变形的判断，如α>α’，则界面出现变形，加工状态为孔洞缺陷B3，当α<α’时，界面基本稳定，加工状态为无缺陷B4；

步骤8：建立实时加工状态B(B1，B2，B3，B4)与σ、μ、α的关系模型，B(B1，B2，B3，B4)＝f(σ,μ,α)，S,A,L∈R⁺，建立工艺参数即焊接转速、焊接压力和塞棒进给量与σ、μ、α的关系模型，确定保持无缺陷状态B4时的σ、μ、α范围，进而以此实现摩擦塞补焊的质量反馈调控。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法，具有以下有益效果。

1)本发明能够对铝合金模板开孔进行修复，降低建筑施工中铝模板的损耗与报废，而摩擦塞补焊的修复方法几乎不会影响铝模板的二次使用，达到再制造的效果，实现多次循环利用。

2)本发明集成化与自动化程度高，所发明系统可经过一次装夹实现前处理、修复、后处理等作业，不需要消耗过多的人力资源，而且也可以更改为流水线作业，进一步提高效率。

3)本发明包括修复质量的在线监测与反馈调节，并建立专家数据库，可以最大程度确保再制造修复质量。

4)本发明适用性强，可通过铝模固定模块的针对性优化升级，使本发明避免铝模结构与尺寸的限制，并且本发明可扩展至任意铝合金孔洞的修复中。

附图说明

图1为根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统的结构示意图；

图2为根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法的流程示意图；

图3为根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法加工过程中材料流动和界面变形情况的判断流程图。

图中，

系统控制模块1

铝模固定模块2

铝模夹紧单元21

铝模支撑单元22

板面开孔识别模块3

摩擦塞补焊模块4

位移运动模块5

铝模移动单元51

焊枪移动单元52

钻铣刀移动单元53

前处理钻孔模块6

后处理铣削模块7

铝合金模板9

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。

如图1、2所示，一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，包括系统控制模块1、铝模固定模块2、板面开孔识别模块3、摩擦塞补焊模块4、位移运动模块5、前处理钻孔模块6以及后处理铣削模块7，所述系统控制模块1连接控制所述铝模固定模块2、板面开孔识别模块3、摩擦塞补焊模块4、位移运动模块5、前处理钻孔模块6和后处理铣削模块7。

所述系统控制模块1包括显示器、控制柜以及若干连接线。

所述铝模固定模块2包括铝模夹紧单元21和铝模支撑单元22。所述铝模固定模块可用于铝合金模板9的装夹与固定，包括：铝模夹紧单元、铝模支撑单元；铝模夹紧单元可利用夹具固定铝模；铝模支撑单元可利用夹具给予铝模一个支持力，避免焊接时铝模变形。

所述板面开孔识别模块3包括采集单元、处理单元以及识别单元。所述板面开孔识别模块用于对铝合金模板板面的开孔缺陷进行检测与定位，并将开孔缺陷信息传输给系统控制模块，包括：采集单元、处理单元、识别单元；采集单元可利用一至两个工业相机或3D相机或位移传感器或热像仪等进行铝模表面数据的采集；处理单元用于对数据进行预处理，包括亮度、对比度等参数的调节，以及在时域与频域对数据的滤波降噪；识别单元可对开孔的数量n、轮廓直径φ_n、位置(x_n,y_n)等信息进行识别提取。

所述摩擦塞补焊模块4包括摩擦塞棒单元、塞补焊机单元以及质量调控单元。所述摩擦塞补焊模块用于对铝合金模板的开孔缺陷进行快速修复作业，包括：摩擦塞棒单元、塞补焊机单元、质量调控单元；摩擦塞棒单元用于提供修复材料：塞棒；塞补焊机单元用于夹持塞棒，并提供修复时所需转速与压力；质量调控单元可利用板面开孔识别模块中的采集单元，进行摩擦塞补焊加工过程信息的采集，经过数据处理识别与反馈调控等手段，对加工质量进行实时调控。

所述位移运动模块5包括铝模移动单元51、焊枪移动单元52、钻铣刀移动单元53以及传感器移动单元。所述位移运动模块用于根据系统控制模块的命令控制修复工具与修复对象之间的相对运动，包括：铝模移动单元、焊枪移动单元、钻/铣刀移动单元、传感器移动单元。所述传感器移动单元中所述传感器泛指采集单元中采用的工业相机或3D相机或位移传感器或热像仪等设备。

所述前处理钻孔模块6包括钻孔电主轴单元、钻孔刀库单元以及毛刺去除单元。所述前处理钻孔模块用于摩擦塞补焊塞孔的加工，包括：钻孔电主轴单元、钻孔刀库单元、毛刺去除单元。

所述后处理铣削模块7包括铣削电主轴单元、铣削刀库单元以及毛刺去除单元。所述后处理铣削模块用于摩擦塞补焊修复后表面余量去除，包括：铣削电主轴单元、铣削刀库单元、毛刺去除单元。

一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，包括以下步骤：

步骤1：对回收的铝合金模板进行预处理，包括清洗、干燥、喷砂；

步骤2：通过系统控制模块控制铝模固定模块，利用夹具固定并支撑铝模来保持加工过程中的稳定性，通过位移运动模块的铝模移动单元将铝模移至摩擦塞补焊模块的工作区域；

步骤3：位移运动模块传感器移动单元携带板面开孔识别模块采集单元的传感器对铝合金模板板面进行扫描，给出开孔信息(φ₁,x₁,y₁)、(φ₂,x₂,y₂)……(φ_n,x_n,y_n)，并将上述信息传递至系统控制模块；系统控制模块根据采集的信息按照预先设定的程序制定修复方案；其中，φ_n,x_n,y_n分别代表第n个孔的直径和X、Y坐标信息。

步骤4：根据开孔信息，前处理钻孔模块调用φ₁+a直径尺寸刀具进行圆柱或圆锥形塞孔加工，加工后去除毛刺以避免影响后续焊接质量；其中a表示钻孔时根据工艺需要添加的直径修正值。

步骤5：根据开孔信息与塞孔加工方案，选择圆柱或圆锥形塞棒，预设摩擦塞补焊修复工艺参数，包括焊接转速、焊接压力和塞棒进给量，进行塞补焊修复；进行塞补焊修复的同时，利用传感器反馈的加工状态信息，进行工艺参数的反馈和调控，以确保焊接质量。

步骤6：利用后处理模块进行摩擦塞补焊后表面余量的去除，并进行毛刺去除。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法，所述板面开孔识别模块、前处理钻孔模块以及后处理铣削模块均可搭载于相同或不同机器人主体中，实施开孔识别、前处理钻塞孔、以及后处理去余量的工作并便于实现位移运动。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法，所述板面开孔识别模块识别到开孔特征后，随即将开孔的数量n、轮廓直径φ_n、位置(x_n,y_n)信息传递至系统控制模块，系统控制模块接收到开孔信息后，一方面根据开孔特征制定塞孔加工方案并传递至前处理钻孔模块，另一方面将塞补焊参数反馈至摩擦塞补焊模块，同时将坐标信息反馈至位移运动模块中。所述前处理钻孔模块可根据系统控制模块发布的加工指令实施塞孔钻孔作业，加工指令包括刀具尺寸选择、转速、进给速度、进给量；所述摩擦塞补焊模块可根据控制系统发布的补焊指令实施开孔修复作业，修复指令包括焊接转速、焊接压力和塞棒进给量等；所述后处理铣削模块可根据控制系统发布的铣削指令实施铝模表面余量去除作业，铣削指令包括刀具尺寸选择、转速、进给速度、进给量。

进一步地，一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，该方法的摩擦塞补焊模块包括了质量调控单元，质量调控单元可利用板面开孔识别模块中的采集单元，进行摩擦塞补焊加工过程信息的采集，经过数据处理识别与反馈调控等手段，对加工质量进行自适应控制。步骤如下：

步骤1：两个热像仪与摩擦塞补焊区域中心置于同一平面，且两个热像仪视野范围覆盖摩擦塞补焊区域，通过标定板进行热像仪的对焦，并标定图像与实际尺寸的比例，同时校正热像仪与铝模平面之间倾斜角度所带来的误差，综合得到热像仪红外图像像素值与实际尺寸的比例为n₁:1；

步骤2：热像仪自带的可见光波段工业相机功能，可同步执行步骤1，得到热像仪可见光图像像素值与实际尺寸的比例为n₂:1，也可以采用另放置可见光波段工业相机的方法来替代热像仪自带的可见光波段工业相机功能；

步骤3：摩擦塞补焊塞棒与已加工塞孔的相对位移由位移运动模块中的焊枪移动单元来执行；

步骤4；采集单元中的各个传感器与已加工塞孔的相对位移由位移运动模块中的传感器移动单元来执行，采集帧率范围为5～200fps；在此过程中，传感器移动单元可与焊枪移动单元合并，实际应用中可以合并也可以不合并；

步骤5；对采集到的图像进行预处理，包括灰度处理、图像滤波降噪、温度分布特征提取、灰度纹理特征和结合界面特征提取，处理速度为5～200ms；

灰度处理使原图像灰度直方图中的灰度分布范围至少压缩至原图的1/2；

图像滤波降噪去除塞棒与塞孔结合处不规则毛刺和飞溅铝材的干扰，去除像素值小于3的噪声；

温度分布特征提取获得摩擦塞补焊加工时的温度分布情况T(x,y)，可提取高于温度阈值T’的面积像素值S；

其中，在具体实施时，T’通常可为熔点温度的60％～70％；

灰度纹理特征提取获得摩擦塞补焊加工时，焊接区域高于灰度阈值η’的面积像素值A；

其中，η’通常与具体处理方法有关，具体实施时，可采用大津阈值分割算法OTSU来确定；

结合界面特征提取获得摩擦塞补焊加工时塞棒与母材摩擦结合处实际与理论位置之间的偏差像素值L；

步骤6：根据步骤1中的标定比例n₁:1和n₂:1以及步骤5对图像的处理，采集连接失败B1、连接不良B2、孔洞缺陷B3和无缺陷B4等加工状态时，焊接区域高于温度T’的实际最大面积s＝S/n₁ ²，焊接区域高于灰度阈值η’的实际面积a＝A/n₂ ²，以及塞棒与母材实际摩擦界面与理论界面之间的偏差实际值l＝L/n₂；

步骤7：计算关键过程特征参数，其中包括温度特征σ＝s/c，c为焊接区域面积，流动系数μ＝a/c，直线度偏差α＝l/l_c，l_c为理论摩擦界面长度，根据实际加工与理论计算，给出适用于不同铝模板材料的温度特征阈值σ’、流动系数阈值μ’、直线度偏差阈值α’，以σ、μ和α进行加工过程中材料流动和界面变形情况的判断，具体流程见图3，当σ<σ’时，材料无法有效流动，加工状态为连接失败B1，当σ>σ’、μ<μ’时，材料无法充分流动，加工状态为连接不良B2，当σ>σ’、μ>μ’时，材料可以正常流动，这时进行摩擦界面变形的判断，如α>α’，则界面出现变形，加工状态为孔洞缺陷B3，当α<α’时，界面基本稳定，加工状态为无缺陷B4；

步骤8：建立实时加工状态B(B1，B2，B3，B4)与σ、μ、α的关系模型，B(B1，B2，B3，B4)＝f(σ,μ,α)，S,A,L∈R⁺，建立工艺参数即焊接转速、焊接压力和塞棒进给量与σ、μ、α的关系模型，确定保持无缺陷状态B4时的σ、μ、α范围，进而以此实现摩擦塞补焊的质量反馈调控。

根据本申请的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统及方法，有益效果在于：

本发明能够对铝合金模板开孔进行修复，降低建筑施工中铝模板的损耗与报废，而摩擦塞补焊的修复方法几乎不会影响铝模板的二次使用，达到再制造的效果，实现多次循环利用。

本发明集成化与自动化程度高，所发明系统可经过一次装夹实现前处理、修复、后处理等作业，不需要消耗过多的人力资源，而且也可以更改为流水线作业，进一步提高效率。

本发明包括修复质量的在线监测与反馈调节，并建立专家数据库，可以最大程度确保再制造修复质量。

本发明适用性强，可通过铝模固定模块的针对性优化升级，使本发明避免铝模结构与尺寸的限制，并且本发明可扩展至任意铝合金孔洞的修复中。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可实施。当然，以上所列的情况仅为示例，本发明并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，根据本发明技术方案的其他变形或简化，都可以适当地应用于本发明，并且应该包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，其特征在于，包括系统控制模块、铝模固定模块、板面开孔识别模块、摩擦塞补焊模块、位移运动模块、前处理钻孔模块以及后处理铣削模块，所述系统控制模块连接控制所述铝模固定模块、板面开孔识别模块、摩擦塞补焊模块、位移运动模块、前处理钻孔模块和后处理铣削模块。

2.根据权利要求1所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，其特征在于，所述系统控制模块包括显示器、控制柜以及若干连接线。

3.根据权利要求1所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，其特征在于，所述铝模固定模块包括铝模夹紧单元和铝模支撑单元。

4.根据权利要求1所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，其特征在于，所述板面开孔识别模块包括采集单元、处理单元以及识别单元。

5.根据权利要求1所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，其特征在于，所述摩擦塞补焊模块包括摩擦塞棒单元、塞补焊机单元以及质量调控单元。

6.根据权利要求1所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复系统，其特征在于，所述位移运动模块包括铝模移动单元、焊枪移动单元、钻铣刀移动单元以及传感器移动单元；所述前处理钻孔模块包括钻孔电主轴单元、钻孔刀库单元以及毛刺去除单元；所述后处理铣削模块包括铣削电主轴单元、铣削刀库单元以及毛刺去除单元。

7.一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对回收的铝合金模板进行预处理，包括清洗、干燥、喷砂；

步骤2：通过系统控制模块控制铝模固定模块，利用夹具固定并支撑铝模来保持加工过程中的稳定性，通过位移运动模块的铝模移动单元将铝模移至摩擦塞补焊模块的工作区域；

步骤3：位移运动模块传感器移动单元携带板面开孔识别模块采集单元的传感器对铝合金模板板面进行扫描，给出开孔信息，并将上述信息传递至系统控制模块；系统控制模块根据采集的信息按照预先设定的程序制定修复方案；

步骤4：根据开孔信息，前处理钻孔模块调用刀具进行圆柱或圆锥形塞孔加工，加工后去除毛刺以避免影响后续焊接质量；

步骤5：根据开孔信息与塞孔加工方案，选择圆柱或圆锥形塞棒，预设摩擦塞补焊修复工艺参数，包括焊接转速、焊接压力和塞棒进给量，进行塞补焊修复；

步骤6：利用后处理铣削模块进行摩擦塞补焊后表面余量的去除，并进行毛刺去除。

8.根据权利要求7所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，其特征在于，在步骤5中，进行塞补焊修复的同时，利用传感器反馈的加工状态信息，进行工艺参数的反馈和调控，以确保焊接质量。

9.根据权利要求7所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，其特征在于，所述摩擦塞补焊模块设有质量调控单元，所述质量调控单元包括板面开孔识别模块中设置的采集单元以及在所述采集单元中设置的两个热像仪。

10.根据权利要求9所述的一种用于铝合金模板板面开孔的再制造修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：两个热像仪与摩擦塞补焊区域中心置于同一平面，且两个热像仪视野范围覆盖摩擦塞补焊区域，通过标定板进行热像仪的对焦，并标定图像与实际尺寸的比例，同时校正热像仪与铝模平面之间倾斜角度所带来的误差，综合得到热像仪红外图像像素值与实际尺寸的比例为n₁:1；

步骤2：通过热像仪自带的可见光波段工业相机或者采用另行放置的可见光波段工业相机，同步执行步骤1，得到热像仪可见光图像像素值与实际尺寸的比例为n₂:1；

步骤3：摩擦塞补焊塞棒与已加工塞孔的相对位移由位移运动模块中的焊枪移动单元来执行；

步骤4：采集单元中的各个传感器与已加工塞孔的相对位移由位移运动模块中的传感器移动单元来执行，采集帧率范围为5～200fps；

步骤5：对采集到的图像进行预处理，包括灰度处理、图像滤波降噪、温度分布特征提取、灰度纹理特征和结合界面特征提取，处理速度为5～200ms；

灰度处理使原图像灰度直方图中的灰度分布范围至少压缩至原图的1/2；

图像滤波降噪去除塞棒与塞孔结合处不规则毛刺和飞溅铝材的干扰，去除像素值小于3的噪声；

温度分布特征提取获得摩擦塞补焊加工时的温度分布情况T(x,y)，提取高于温度阈值T’的面积像素值S；

灰度纹理特征提取获得摩擦塞补焊加工时，焊接区域高于灰度阈值η’的面积像素值A；

结合界面特征提取获得摩擦塞补焊加工时塞棒与母材摩擦结合处实际与理论位置之间的偏差像素值L；

步骤6：根据步骤1中的标定比例n₁:1和n₂:1以及步骤5对图像的处理，采集连接失败B1、连接不良B2、孔洞缺陷B3和无缺陷B4等加工状态时，焊接区域高于温度T’的实际最大面积s＝S/n₁ ²，焊接区域高于灰度阈值η’的实际面积a＝A/n₂ ²，以及塞棒与母材实际摩擦界面与理论界面之间的偏差实际值l＝L/n₂；

步骤7：计算关键过程特征参数，其中包括温度特征σ＝s/c，c为焊接区域面积，流动系数μ＝a/c，直线度偏差α＝l/l_c，l_c为理论摩擦界面长度，给出适用于不同铝模板材料的温度特征阈值σ’、流动系数阈值μ’、直线度偏差阈值α’，以σ、μ和α进行加工过程中材料流动和界面变形情况的判断；当σ<σ’时，材料无法有效流动，加工状态为连接失败B1，当σ>σ’、μ<μ’时，材料无法充分流动，加工状态为连接不良B2，当σ>σ’、μ>μ’时，材料可以正常流动，这时进行摩擦界面变形的判断，如α>α’，则界面出现变形，加工状态为孔洞缺陷B3，当α<α’时，界面基本稳定，加工状态为无缺陷B4；

步骤8：建立实时加工状态B(B1，B2，B3，B4)与σ、μ、α的关系模型，B(B1，B2，B3，B4)＝f(σ,μ,α)，S,A,L∈R⁺，建立工艺参数与σ、μ、α的关系模型，确定保持无缺陷状态B4时的σ、μ、α范围，进而以此实现摩擦塞补焊的质量反馈调控。

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