[发明专利]高度自动跟随的电弧增材制造打印装置与打印方法

说明书

本发明提供一种高度自动跟随的电弧增材制造打印装置与打印方法，包括多轴机器人、焊枪、测距传感器以及控制器，其中：所述焊枪安装在机器人的法兰盘上，并被设置成跟随机器人同步运动；所述测距传感器安装在所述法兰盘上，测距传感器的感应方向与焊枪的朝向平行。控制测距传感器检测与打印层的距离检测值，并根据距离检测值确定焊枪高度修正数据，控制多轴机器人基于焊枪高度修正数据调整焊枪的打印高度，以及基于累积修正数据控制进入中断打印程序，多轴机器人控制所述焊枪对打印完成的最后一层进行二次打印。本发明可以提高电弧打印的自动化程度、避免电弧打印过程中频繁的暂停和人工测量工件生长高度，有效的保障电弧打印的质量。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造打印技术领域，具体而言涉及一种高度自动跟随的电弧增材制造打印装置。

背景技术

电弧增材制造打印，多以机器人为移动载体，携带焊枪移动进行3D打印。受限于加工工艺和增材制造离线编程软件的开发应用现状，机器人的运动路线执行的是相对位移，即：新一层的高度尺寸，是相对于上一层打印时机器人的停止位置做相对偏移，而不是执行的空间绝对坐标。

金属电弧3D打印过程中，打印基板最初处于冷态，随着打印的持续，基板和工件逐渐升温，温度的变化会造成熔池的形态以及熔池流淌性的变化，并导致工件实际生长高度与理论设定高度不符；在打印薄壁件时，熔池流淌性的不确定性，即使不考虑基板和工件冷热状态的变化，也会造成工件生长高度与理想设定高度不符。因工件实际生长高度与理论设定高度有偏差，每当进行新一层的打印时，如果一直按照固定的相对高度定义新一层的打印位置，打印焊枪到工件表面的垂直高度会与理论设定不符。打印焊枪到工件表面的高度过大，会造成工件质量不良；反之，打印时产生的液态金属飞溅会轻易的接触到焊枪的枪嘴，在熔池高温反射的影响下，造成焊枪送丝嘴堵丝故障，此时就需要人工处理。

对于以上问题，当前的处理方式是通过人工参与：由操作人员随时监控加工状态，每当工件生长一定高度后，暂停加工，并人工测量工件的生长高度，并根据工件生长高度和理论设定高度的偏差，中途调整机器人的实际位置，进而调整焊枪到工件表面的高度距离。此种方法，需要操作人员有比较高的技能水平，并跟随加工过程做不停的观察，处理过程繁琐，调整作业会严重影响加工进度；一旦处理不及时会造成工件的品质问题或者设备故障；处理不当会造成后续打印的工件与已经打印部分相对位置偏离，形成台阶状表面，造成次品甚至废品。

发明内容

本发明目的在于提供一种高度自动跟随的电弧增材制造打印装置，通过在每层加工完毕时，对加工结束位置附近工件的实际生长高度进行测量，并根据测量结果自动调整下一层打印时焊枪到工件表面的距离，实现高品质的打印，减小人工参与和设备故障的可能性，同时当偏差累积补偿值超过设定阈值，自动对刚打印刚完成的最后一层做二次打印，起到限制工件结构偏差的作用。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种高度自动跟随的电弧增材制造打印装置，包括多轴机器人、焊枪、测距传感器以及控制器，其中：

所述焊枪安装在机器人的法兰盘上，并被设置成跟随机器人同步运动；

所述测距传感器安装在所述法兰盘上，位于焊枪的至少一侧，并且所述测距传感器的感应方向与焊枪的朝向平行；

其中，所述控制器与所述测距传感器连接，控制测距传感器检测与打印层的距离检测值，并根据距离检测值与预设值的差值确定焊枪高度修正数据，控制多轴机器人基于焊枪高度修正数据调整焊枪的打印高度，以及基于累积修正数据控制机器人执行运动程序跳转，在跳转目标程序中对打印完成的最后一层进行二次打印。

优选地，焊枪的纵长轴线与加工的工件表面垂直。

优选地，测距传感器为激光测距传感器。

优选地，控制器根据激光测距传感器的多个检测值，基于设定的规则筛选其中的有效值，将有效值的平均值作为焊枪到工件表面的实际高度。