[发明专利]一种基于CMT的金属焊接快速成形系统和方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及焊接快速成形领域，具体涉及一种可以实现在线检测反馈，基于冷金属过渡技术(CMT)的金属焊接快速成形系统。

【背景技术】

金属焊接快速成形技术是一种将金属焊接技术与快速成形离散堆积原理结合起来的快速成形技术，通过三维实体扫描或直接建模获得目标零件的三维CAD实体模型，将模型沿某一坐标方向按一定的厚度进行分层切片处理，然后由焊接电弧将金属丝材熔化，按既定的成形路径堆积成形每一薄层，层层堆积最终形成三维实体零件的先进制造技术。金属焊接快速成形技术相比于目前的快速成形技术具有制造成本低、生产效率高、制造形式灵活、零件性能好等优势。在快速成形制造与再制造方面有着广阔的应用前景。

目前金属焊接快速成形技术研究的还不够深入，在实际应用方面中仍有不少问题。在工艺方面，焊接成形件的成形精度低，表面质量差，粗糙度较大，工艺不稳定。在成形系统方面：系统的精度和可靠性不高，成形系统不具备闭环控制功能；系统的热输入较大，容易引起成形件的变形，不具有温度检测与反馈系统。

【发明内容】

本发明的目的正是针对上述现有焊接快速成形系统的不足，提供一种基于CMT的金属焊接快速成形系统和方法；本成形系统具有成形高度、宽度反馈系统和温度检测反馈系统，可以实现对目标零件成形的精度和质量进行控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于CMT的金属焊接快速成形系统，包括：工控机、CMT焊接专家系统、CMT焊接装置、结构光视觉传感器、图像采集卡和红外测温仪；所述工控机，用于依据目标成形零件的三维CAD模型分层切片处理数据，生成焊接成形的路径代码信息，以及作为CMT焊接专家系统的硬件基础；所述CMT焊接专家系统包括知识库和推理机；所述CMT焊接专家系统用于依据图像采集卡和红外测温仪采集的数据为前提，匹配知识库中的规则，进行推理得到结论，将结论转变为相应的反馈控制信号，对成形过程进行闭环控制；所述CMT焊接装置，用于依据预设的焊接电流、脉冲频率及送丝速度的工艺参数，在基板的表面依据工控机生成的路径代码信息堆积成形每一层，逐层堆积形成目标成形零件；所述结构光视觉传感器，用于在目标零件成形的过程中，对已堆积成形的焊道进行表面形貌的测量；所述图像采集卡，用于对所述结构光视觉传感器采集的信号用卷积积分算法进行滤波、降噪及细化处理以获得成形层形貌的特征点；所述红外测温仪，用于在目标零件成形的过程中，每堆积完一层，对刚堆积完成的焊道的表面温度进行测量。

本发明进一步的改进在于：所述知识库，用于存放焊接参数与成形参数之间的数据库和焊接控制模式的控制规则集；知识库的构建采用产生式规则；推理机，用于根据图像采集卡和红外测温仪提供的信息在知识库中进行匹配，运用正向推理方法，从知识库中提取不同的控制规则，求得当前生产条件下最优的焊接参数。

本发明进一步的改进在于：知识库的内容包含：不同材料和直径的焊丝每一层焊缝的实际成形宽度、高度与预设成形宽度、高度的变化量与送丝速度和焊接电流之间关系的知识表达形式，以及在各个焊接成形层不同起始温度与焊接成形质量之间的知识表达形式。

本发明进一步的改进在于：所述焊接装置包括：运动控制器、三坐标焊接机器人、变位机、CMT电源、焊枪、CMT送丝机和水箱；所述运动控制器直接控制夹持焊枪的三坐标焊接机器人和变位机，控制焊枪沿着目标成形零件分层的每一层中的焊枪路径轨迹移动，以及控制变位机按照成形移动轨迹运动；所述三坐标焊接机器人，用于夹持焊枪，依据所述焊枪路径轨迹移动，使得焊枪的移动轨迹与所述的焊枪路径轨迹相同，进行堆积成形，并最终形成目标零件；所述变位机，用于固定基板，并依据所述运动控制器的变位机移动轨迹运动；所述CMT电源，用于依据CMT焊接专家系统输出的控制信号选择相应的电源工作方式、工作电压、工作电流和脉冲频率；所述焊枪，用于依据所述CMT电源的工作电压、工作电流，使所述焊丝与基板之间产生电弧，使焊丝熔化，并结合成形过程中对焊丝的抽拉，从而使熔滴平稳过渡，逐层堆积在基板上；所述CMT送丝机，用于依据所述CMT焊接专家系统输出的控制信号，选择相应的送丝速度对所述焊枪传输焊丝；所述水箱，用于所述焊接装置正常工作时，对所述焊枪进行循环冷却降温。

一种基于CMT的金属焊接快速成形方法，包括以下步骤：

1)构建CMT焊接专家系统：在工控机上利用VB6.0的数据库技术建立CMT焊接专家系统的知识库，利用VB6.0可视化系统对推理机进行编程，实现推理机的功能，并将推理得出的结论转换为数字信号，完成CMT焊接专家系统的构建；