[发明专利]一种磁控等离子弧熔丝增材制造的层高实时控制方法

说明书

本发明涉及公开了一种磁控等离子弧熔丝增材制造的层高实时控制方法，该方法通过视觉传感器和激光位移传感器对熔丝增材制造过程进行实时层高监测，对高度数据进行处理得高度误差信号，通过调整磁场大小来调节等离子弧柱压缩程度，从而控制单位时间内沉积层金属的熔覆量，实现磁控等离子弧熔丝增材制造的层高实时控制。

技术领域

本发明属于金属构件的增材制造技术领域，具体涉及一种磁控等离子弧熔丝增材制造的层高实时控制方法。

背景技术

增材制造技术兴起于上世纪八十年代，集成了数字化技术、机械加工技术和材料科学等现代科技成果，是一种“自下而上”材料累加的制造方法，可快速精密地制造出传统加工方法所不能实现的任意复杂形状零件，最大优势在于减少了工序，缩短了加工周期，大大节约了原材料，广泛应用于精密仪器、航空航天、医疗器械等高精度制造领域。

金属高性能增材制造技术被业内普遍看作是增材制造技术领域最具难度的前沿发展方向，也是最直接的可服务于装备制造业的成形技术。金属增材制造技术可分为激光、电子束、电弧三类，激光、电子束增材制造技术用于快速成形小尺寸精密复杂的构件，而电弧增材制造技术用于大尺寸形状较复杂构件的低成本、高效快速成形。

等离子电弧能量密度大、电弧方向性强、熔透能力强，加入磁场后电弧具有良好的可控性和调节性，将磁控等离子弧用于增材制造，可实现大尺寸形状较复杂构件的高效快速良好成形。

对于电弧增材制造过程检测和控制相关的技术已有一些人研究，中国专利CN108296618公开了用于丝材等离子弧增材制造的激光测距装置及测控方法，将激光位移传感器固定在等离子焊枪上，使激光位移传感器、等离子焊枪与堆敷体位于同一垂直平面，焊前测量传感器与待堆敷层初始距离L₁，焊后测量传感器与堆敷体距离L₂，两者作差即当前堆敷层层高H，对焊枪作相应调整。此方案单一从焊枪上固定的激光位移传感器对层高数据判断处理，同时传感器位置距离电弧太近，焊接飞溅对传感器的测量有极大影响，不能很好对层高数据进行采集。

中国专利CN 105033408公开了GMA增材制造双被动视觉传感器检测装置及检测方法，通过两个视觉传感器的不同位置摆置，分别对堆积高度与宽度监测进而实现控制。其中图像传感器对于高度的监测范围是喷嘴到堆积熔池的底部，这就导致后期还需对弧长数据进行复杂处理，且电弧可能存在发散、扭转等，不易于获得堆积高度数据。

中国专利CN 105904070公开了一种等离子弧填丝增材制造钛合金结构的方法，根据所需焊丝直径确定成型参数，确定等离子弧喷嘴、基板与焊丝之间的相对位置，选定送丝速度与等离子弧移动速度的比值以及单层提升量与焊丝直径的比值，实现增材制造全过程。想法创新独特，但单一从焊丝直径确定一系列焊接参数，没有考虑其它因素对增材制造实时状况的影响，不能很好对工况进行监测并作出相应调整。

故本专利提供一种可实时监测增材制造过程，并依据高度误差反馈信号作出磁场大小调整，实现熔丝增材制造的层高精确控制。

发明内容

本发明的目的是克服电弧熔丝增材制造过程中的难点，提供一种磁控等离子弧熔丝增材制造的层高实时控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

该焊接方法主要由视觉传感器和激光位移传感器对熔丝增材制造过程进行实时层高监测，对高度数据处理得高度误差信号，通过调整磁场大小来调节等离子弧柱压缩程度，从而控制单位时间内沉积层金属的熔覆量，实现层高实时控制。

其中高度误差信号通过以下步骤获得：