[发明专利]自适应机器人电弧增材制造系统和方法

说明书

本发明公开了一种自适应机器人电弧增材制造系统和方法。该系统包括焊接系统，用于携带所述焊接系统中的焊机移动的机器人；用于建立增材制造的目标的三维模型，并根据所述三维模型规划所述运动系统中的机器人增材制造所述目标的运动轨迹的设计系统；用于采集所述焊接系统的各项焊接参数的焊接检测装置；用于接收和分析所述设计系统规划的运动轨迹以及所述焊接检测装置采集的焊接参数，并根据分析结果实时输出相应的控制指令给所述运动系统和焊接系统的控制系统，其中所述控制指令包括用于调整所述运动系统中的机器人运动姿态的姿态控制指令以及用于调节所述焊接系统中的送丝机送丝速度的速度控制指令。

技术领域

本发明涉及机械加工与制造技术领域，尤其是一种自适应机器人电弧增材制造系统和方法。

背景技术

电弧增材制造技术(Wire+arc additive manufacturing，WAAM)，是一种以电弧为热源，金属丝材为原材料的增材制造技术。其具体工艺过程为：通过计算机软件设计目标构件三维模型，并将该三维模型沿某一方向或多个方向进行二维切片分解，针对每一切片层合理规划沉积路径，由运动系统控制电弧沿设定的沉积路径逐层熔化金属丝材，最终实现三维实体零件的直接制造成型。

在电弧增材制造过程中，受热积累、运动机构移动误差、工件形状复杂多变等因素影响，增材制造过程中熔池凝固速度、铺展面积等参数均随时间不断发生变化，极易导致构件沿沉积路径高度发生起伏，甚至发生沉积层塌陷使构件报废等严重问题，传统的电弧增材制造工艺无法做到增材制造过程的实时闭环反馈控制，常常需要停止增材制造过程以进行手工调节各项焊接电参数及机器人运动参数等工作，造成制造效率低，同时因停止时间不固定，易造成增材试样各层成型时的温度差异较大，造成构件不同位置的性能差异较大，使构件内部易产生气孔、夹杂等缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种自适应机器人电弧增材制造系统和增材制造方法。

根据本发明的一个方面，一种自适应机器人电弧增材制造系统，包括：

焊接系统，包括焊接电源、送丝机和焊机；

运动系统，包括用于携带所述焊接系统中的焊机移动的机器人；

设计系统，用于建立增材制造的目标的三维模型，并根据所述三维模型规划所述运动系统中的机器人增材制造所述目标的运动轨迹；

监测系统，包括用于采集所述焊接系统的各项焊接参数的焊接检测装置；

控制系统，其与所述设计系统、监测系统、运动系统和焊接系统连接，用于接收和分析所述设计系统规划的运动轨迹以及所述焊接检测装置采集的焊接参数，并根据分析结果实时输出相应的控制指令给所述运动系统和焊接系统，以控制增材制造所述目标的焊接过程；

其中，所述控制指令包括用于调整所述运动系统中的机器人运动姿态的姿态控制指令以及用于调节所述焊接系统中的送丝机送丝速度的速度控制指令。

根据本发明的一个实施例，所述焊接系统还包括氩气气瓶和冷却水箱；所述焊机连接所述焊接电源、送丝机、氩气气瓶和冷却水箱。

根据本发明的一个实施例，所述运动系统还包括用于调节所述目标位置的变位机；所述控制指令还包括用于调整所述运动系统中的变位机位置的位置控制指令。

根据本发明的一个实施例，所述机器人包括六轴关节型机器人，所述变位机包括二轴变位机。

根据本发明的一个实施例，所述设计系统中设置有三维建模软件、分层切片及路径规划软件、G代码文件后置处理软件和机器人离线编程及参数配置软件。

根据本发明的一个实施例，所述焊接检测装置包括焊接电流检测装置和电弧弧压检测装置。

根据本发明的一个实施例，所述控制系统还用于设置所述焊接电源提供给焊机的焊接电流和/或电弧弧压。