[发明专利]一种机器人电弧3D打印层高调控方法及系统

说明书

本发明涉及金属增材制造技术领域，公开了一种机器人电弧3D打印层高调控方法及系统，包括：S1：针对于三维模型进行存储和表示；S2：根据实际测量的高度对三维模型中当前层进行切片，并进行路径规划；S3：获取机器人的实时位置信息，并给机器人中的寄存器进行赋值，将路径点传输给机器人进行堆焊；S4：建立机器人与视觉传感器之间的坐标转换关系，并通过视觉传感器获得焊道点云数据；S5：通过对点云数据进行处理，获得工件的实际高度，反馈到步骤S2的对三维模型进行切片，并进行路径规划的过程中。通过采集堆焊过程中的点云信息，获得工件的几何特征，如工件表面的高度，再反馈到切片阶段，更新路径规划信息，从而保证工件堆积的可靠性。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，更具体地说，它涉及一种机器人电弧3D打印层高调控方法及系统。

背景技术

机器人电弧熔丝3D打印具有金属沉积速度快、成型复杂大型工件、力学性能好、制造周期短等优势，在金属3D打印领域引起了广泛的关注。目前，已有很多研究人员对电弧增材的控制系统进行了研究，包括有限元技术的应用、复杂的切片算法如曲面切片、自适应层高切片，路径规划算法如光栅型路径、轮廓偏置型算法等，一般的电弧增材沉积控制策略是针对三维模型进行切片，然后进行每一层的路径规划，最后根据所有的路径信息生成机代码，再进行实际的工件成型。将三维模型导入之后，按照一定的工艺参数(切片层高、焊道间距)对三维模型进行切片再进行路径规划，将得到的轮廓和点的数据存储起来用于工件的堆积成型，这种常用的控制模式具有非常大的误差，因为堆焊是一个极度非线性的动态剧烈反应过程，对于层高和沉积层间距这样重要的工艺参数，统一固定的设置将会产生极大的误差，甚至堆焊过程都难以进行，常见的失败案例便是将层高设置得比实际堆焊层高略微较大，然后随着沉积的进行，误差的积累，当高度达到一定高度的时候，工件表面已经与焊枪有一定的距离，此时已经不能正常起弧，工件沉积失败，所以有必要在堆焊的过程中实时地监控工件的位置和尺寸信息，反馈到3D模型的切片和路径规划，来保证工件的成型精度。

根据文献检索，国内已申请的电弧增材方面的专利大多数与工艺相关，如利用激光、铣削等各种工艺流程优化电弧增材过程与结果。在电弧增材系统的传感信息反馈方面申请号为CN106643525A“用于电弧增材制造熔敷道尺寸无滞后实时检测装置及实时检测方法”属于智能化增材制造领域,为解决现有技术无法实现熔敷道宽度和高度无滞后检测的问题，但是这只是信息的检测和获取，该方法无法反馈到3D模型的切片和路径规划算法的实时修正过程中进行下一步的工件成型。

发明内容

针对现有通用电弧增材制造控制系统的不足，基于机器人GMA-AM过程，本发明的目的在于提供一种机器人电弧3D打印层高调控方法及系统，其方法为一种带有视觉传感信息的机器人电弧送丝3D打印控制系统的实现方法，重点是其中的视觉模块的搭建和使用，以及3D模型的切片和路径规划方法，并在FANUC焊接机器人上实现了这一方法。主要包括三维模型导入、三维模型切片、轮廓偏置路径、机器人和视觉传感器视觉标定、激光点云数据采集及处理、位置信息的反馈等。

本发明方法侧重以下三点：1、构建具有视觉点云信息反馈的电弧增材制造系统，形成闭环系统；2、设计点云处理算法，寻找沉积层的特征点如焊顶和焊趾位置；3、将反馈工件实时的高度信息指导3D模型的切片，并在FANUC 焊接机器人上实现，实现工件的精准堆积。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种机器人电弧3D打印层高调控方法，包括以下步骤：

S1：针对于需进行3D打印的三维模型进行存储和表示，并根据所述三维模型提取出点坐标和法向量，并对包括所述点坐标和所述法向量在内的原始数据进行优化，形成一个完整的包含后续计算信息的所述三维模型；

S2：根据实际测量的高度对所述三维模型当前层进行切片，并进行路径规划；

S3：通过机器人控制模块获取机器人的实时位置信息，并给机器人中的寄存器进行赋值，将路径点传输给机器人进行堆焊；