[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

说明书

本发明涉及机器人电弧增材制造领域，公开了一种基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，组成包括：焊接机器人及其控制柜模块、焊机模块、送丝模块、热丝模块、视觉信息传感模块、红外信息传感模块、焊接控制模块、气体保护和冷却模块。通过搭建一套基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，解决了传统基于TIG电弧增材堆积速度慢、堆积效率低的问题；为系统引入视觉信息传感模块、红外信息传感模块和焊接控制模块，提高了增材堆积层尺寸精度和堆积层质量；为机器人焊枪增装气体保护和冷却模块，保证了高层堆积下堆积层具备良好气体保护，解决了高堆积层氧化严重的问题，进一步提高了增材质量。

技术领域

本发明涉及机器人电弧增材制造技术领域，更具体地说，它涉及一种基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统。

背景技术

丝材电弧增材制造技术具有成形速度快、沉积率高、材料制备简单且利用率高、成本较低等优势，十分适合大尺寸复杂构件的高效快速成形。总的来看，电弧增材制造按不同的电弧来源分类主要包括基于TIG、MIG/MAG、PA(等离子体)几种，基于TIG焊的电弧增材制造具有电弧燃烧稳定、无飞溅、成形件外表美观等优点，研究较为广泛，但基于传统TIG焊的电弧增材制造有着堆积速度慢、堆积效率较低的问题。

此外，不同于激光电子束等低热输入增材制造技术，电弧增材制造由于基于焊接电弧供能，其热输入较大，前一堆积层对后一堆积层具有预热作用，而后一堆积层对前一次层又有重热作用，所以逐层大热输入堆积过程也是一个伴随热积累的逐步增加的过程，这种大的热积累会带来两个需要解决的问题：一是热积累会造成多层堆积下每一堆积层的温度场分布、熔池形态、散热条件等都不一致，外加上喷嘴高度、保护气流量等干扰因素的影响，即使有事先的分层切片与路径规划，逐层堆积下熔敷层堆积的稳定性如何保证仍然是个重要问题(不稳定的堆积会导致堆积层质量和尺寸精度的不稳定)；二是它会延缓熔池的凝固过程，这种延缓作用在高堆积层愈发明显，从而会导致原有的气体保护达不到效果，会造成堆积层的高度氧化，最终导致堆积层成型形貌和质量不佳。

发明内容

为了解决上述三个问题，本发明提供了一种基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，本发明技术方法侧重以下三点：1、为传统TIG增材制造过程引入热丝模块，搭建了一套基于热丝TIG的机器人电弧增材制造系统；2、为增材过程引入视觉信息传感及红外温度场信息传感两种信息传感手段，搭建了具备多信息传感功能的增材制造质量监控系统；3、为机器人焊枪设计增装了带铜网的气体保护拖罩，为增材过程提供了不同于普通焊接或低层堆焊的更优的气体保护和冷却效果，解决了增材过程中高堆积层表面氧化严重和冷却问题。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于多传感信息的机器人热丝TIG增材质量监控系统，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；