[发明专利]一种基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统

权利要求书

1.一种基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，其特征在于，包括：

焊接机器人及其控制柜模块，由机器人本体和机器人控制柜组成，所述机器人本体为系统的执行机构，所述机器人控制柜与所述机器人本体通过总线相连控制着所述机器人本体在焊接或增材过程中的运动行为；

焊机模块，用于为焊接及增材堆积过程熔化金属材料提供电弧来源；

送丝模块，由与焊机配套的送丝机、送丝盘以及铜制送丝嘴组成，其中所述送丝机置于所述机器人本体上，其一端通过信号电缆连接焊机和所述送丝盘，另一端通过导管连接所述铜制送丝嘴，所述铜制送丝嘴通过可调节夹具夹持在焊枪上；

热丝模块，与焊接电源聚合为一体，系统中可单独调节热丝电源电流参数对焊丝进行提前加热，并可调节受热程度，为电弧增材制造系统所用丝材提供提前的受热输入；

视觉信息传感模块，基于主被动视觉传感器监控堆积层堆积过程；

红外信息传感模块，基于红外相机来监控堆积层堆积过程温度场，配合工控机对增材过程中各堆积层红外温度场信息进行图像采集；

焊接控制模块，基于对所述视觉信息传感模块和所述红外信息传感模块采集到的图像信息进行处理分析及工控机与焊机、工控机与机器人间的通讯实现，具体包括PLC控制器及电路隔离模块在内的部分的搭建；

气体保护和冷却模块，基于气体保护罩，保护高堆积层避免其被氧化。

其中，所述焊接机器人及其控制柜模块、所述焊机模块、所述送丝模块、所述热丝模块、所述视觉信息传感模块、所述红外信息传感模块、所述焊接控制模块、所述气体保护和冷却模块之间通过控制线或以太网进行连接通信。

2.根据权利要求1所述的基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，其特征在于，所述热丝模块，还包括：

所述热丝模块聚合在焊机之中，焊机面板上留有热丝电源正负极接口，热丝电源正极接口应当引线接至所述铜制送丝嘴上，将负极接口接至待焊工件或堆积基板上，形成的热丝电源回路可在焊接或增材过程中提前预热焊丝，可减少电弧热在熔化焊丝上的损耗，提升传统TIG增材制造的堆积速度和堆积效率。

3.根据权利要求1所述的基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，其特征在于，所述视觉信息传感模块，还包括：

配合熔池图像处理算法及三维点云重建算法具备用于增材堆积层质量监控的两部分功能：

一是可实时获取堆积过程中各堆积层成形过程中的熔池图像，进行图像处理获取熔池特征参数，实现熔池监控；

二是可获取并处理分析堆积层三维点云数据，实现堆积层尺寸的实时测量。

4.根据权利要求3所述的基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，其特征在于，还包括：

所述主被动视觉传感器，聚合了主动视觉传感器及被动视觉传感器的优势，由CCD相机、CMOS相机、光学镜头、一字线型激光器、减光滤光片、电源模块及3D打印外壳体构成。

5.根据权利要求4所述的基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，其特征在于，还包括：

所述熔池监控，通过所述CMOS相机采集堆积层堆积过程中熔池图像进行；

采集到的熔池图像一方面实时显示在工控机相机采集软件上，支持随时对熔池状态进行在线监测，实现堆积过程的可视化；另一方面，工控机对熔池图像进行图像处理操作，即通过设定包括ROI、二值化、形态学操作、边缘处理及提取在内的手段，得到熔池轮廓，进而结合标定矩阵关系得到表征熔池尺寸大小的特征参数。

6.根据权利要求4所述的基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，其特征在于，还包括：

所述点云数据，通过对CCD相机采集到的激光扫描堆积层各帧条纹图像序列进行三维坐标信息重建得到，点云数据包括堆积层坐标信息和工作空间中其他物体及噪声信息，通过后续对点云数据进行背景减除、滤波和堆积层拟合，分割属于堆积层的点云数据信息；

得到堆积层三维点云数据后，对其进行二维截取得到反映层高的二维点云信息，之后对二维信息进行特征点寻获与提取，得到反映层高的上下特征点，最后通过特征点得到具体的层高大小。

7.根据权利要求1所述的基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，其特征在于，所述气体保护和冷却模块，还包括：

所述气体保护罩，为金属钢材质，使用时下沿附有防火耐热橡胶，所述气体保护罩上表面中心处有进气口用于保护气体输入，所述气体保护罩内加有铜网均匀布散保护气至堆积焊道上，所述气体保护罩独立供保护气保护和冷却后方堆积焊道。