[发明专利]反极性等离子弧机器人增材制造系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种反极性等离子弧机器人增材制造系统及其实现方法，系统包括工业机器人、增材制造电源、送丝机、机器视觉系统、工业计算机、等离子焊枪、制冷装置、气体装置以及辅助工装夹具；所述工业机器人、增材制造电源、送丝机、制冷装置、气体装置、辅助工装夹具均通过CAN BUS总线与工业计算机相连；所述机器视觉系统通过TCP/IP协议与工业计算机相连；所述等离子焊枪连接所述制冷装置、增材制造电源、送丝机、气体装置以及辅助工装夹具；所述制冷装置还与增材制造电源相连。本发明拓扑结构简单，全数字化控制，可以根据材料与工件的特性采用所需的任意电流波形进行增材制造，工艺适应性好，可提升增材制造的工艺质量。

技术领域

本发明涉及焊接与增材制造技术领域，特别涉及一种反极性等离子弧机器人增材制造系统及其实现方法。

背景技术

增材制造是一种“自下而上”的制造方法，采用材料的逐层累加方式制造实体零件。金属类增材制造技术主要以激光、电子束为热源，通过不断熔化或烧结金属粉来连续逐层制备复杂零部件。近年来，由于激光热源成型速度慢、电子束可加工构件体积小等局限性，低成本、高效率的电弧类增材制造技术得到了高度重视。反极性等离子弧增材制造以联合型或转移型等离子弧为热源，采用合金粉末或丝材作为填充金属，有效地将堆焊金属和基体金属熔化结合，形成高密度、高结合度、低稀释率的堆焊组织结构，从而实现增材制造。等离子弧增材制造不仅可以修复损坏的部件，还可以制造组织细小、均匀、致密的复杂金属零件。

近年来，丝材类的反极性等离子弧增材制造已成为研究重点。反极性等离子弧增材制造是一种高度集成智能化、自动化的系统。在等离子弧增材制造系统中，等离子体电源为增材制造过程提供能量，它的性能至关重要。国内的等离子电源设备的工业化水平同发达国家之间还存在较大的差距，普遍采用通用焊接电源来制造工件，很少有专用的反极性、数字化、高性能的专用等离子增材制造电源。另一方面，采用丝材熔积增材制造时，送丝系统的稳定性、均匀性以及协同能力也非常重要，直接影响到增材过程的稳定性、增材形貌以及加工流程。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种反极性等离子弧机器人增材制造系统及其实现方法，系统的拓扑结构简单，全数字化控制，可以根据材料与工件的特性采用所需的任意电流波形进行增材制造，工艺适应性好，可提升增材制造的工艺质量。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种反极性等离子弧机器人增材制造系统，包括工业机器人、增材制造电源、送丝机、机器视觉系统、工业计算机、等离子焊枪、制冷装置、气体装置以及辅助工装夹具；所述工业机器人、增材制造电源、送丝机、制冷装置、气体装置、辅助工装夹具均通过CAN BUS总线与工业计算机相连；所述机器视觉系统通过TCP/IP协议与工业计算机相连；所述等离子焊枪连接所述制冷装置、增材制造电源、送丝机、气体装置以及辅助工装夹具；所述制冷装置还与增材制造电源相连；其中

所述机器视觉系统用于对拟增材制造的工件信息及其位置信息进行检测，并将信息馈入所述工业计算机；在增材制造过程中，机器视觉系统用于识别路径、监控状态以及跟踪工件；

所述工业计算机用于选择增材制造模式及其配套的基本工艺参数、进行增材路径规划；在增材制造过程中，所述工业计算机对所述工业机器人、增材制造电源、送丝机、气体装置以及辅助工装夹具进行数据处理和远程监控；

所述工业机器人作为执行机构，用于控制所述等离子焊枪和辅助工装夹具完成相应的动作操作；

所述增材制造电源用于提供增材制造过程所需的能量；

所述送丝机用于输送丝材并调节送给速度；

所述等离子焊枪用于完成能量的转换，为丝材熔积以及熔化金属的过渡提供能源与动力；

所述制冷装置用于为所述增材制造电源以及所述等离子焊枪提供冷却作用；

所述气体装置用于给所述等离子焊枪提供离子气和保护气；