[发明专利]电弧增材过程的沉积质量判断系统及方法

说明书

本发明涉及一种电弧增材过程的沉积质量判断系统及方法。根据过程监控采集到的信号，对增材沉积质量进行判断，整体系统包括工控机、工业机器人、弧焊焊机、三通路采集卡、被动视觉传感模块等。其中工控机、机器人以及弧焊焊机相连接，构成电弧增材实验系统，被动视觉传感器则负责过程中熔池图像采集，采集卡与工控机相连，负责电流电压信号的采集。送丝电弧增材在沉积过程中，在进行除基层外的堆积时，容易出现熔池向两侧流淌的情况，从而导致焊道的塌陷，最终影响沉积成形质量。针对这种现象，本发明通过采集过程中的熔池图像以及电流电压信号，对图像进行处理并提取熔池图像特征以及电流电压特征，建立深度学习分类模型，对堆焊沉积情况做分类判断，判断结果良好，有较高准确率。该方法对提高电弧增材成品率有很大帮助，对送丝电弧增材过程控制有着重要意义。

技术领域

本发明涉及一种电弧增材过程的沉积质量判断系统及方法。

背景技术

电弧增材制造(WAAM)是一种重要的金属3D打印方式，是先进制造领域的一项新兴技术。根据热源的不同，金属增材可分为激光、电子束、电弧三种；而根据原材料的选取的不同，又可以被分为送丝与送粉两种；其中，电弧增材便是以电弧作为热源，以焊丝作为原材料的金属增材方式，比起其他的增材方式来说，具有成本低，沉积速度快，适用于大型结构件的优点，目前对其的研究正如火如荼的开展；尽管针对WAAM的研究正快速增长，但在实际的生产过程中仍然存在不少问题与挑战；目前，电弧增材制造缺乏必要的过程监控手段，所以无法在线获取实时的沉积情况，只能通过焊后的轮廓扫描仪或者激光点云的手段来判断堆焊是否成功，无法采集过程信息，更无法对出现塌陷缺陷的焊道做出在线反馈调控。

发明内容

本发明的目的是提供一种电弧增材过程的沉积质量判断系统及方法，以填补现有技术的空缺，针对WAAM缺乏过程监控手段，提供了一种WAAM堆焊在线信号采集以及沉积质量的监测方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明所用机器人GMA-AM电弧送丝3D打印系统包括：

FANUC焊接机器人、机器人控制柜、焊枪、Fronius CMT焊接电源、焊接保护气体、送丝机、工控机、主动视觉传感器、被动视觉传感器、霍尔传感器和信号采集卡；其中，工控机是系统中的核心设备，包括以下几个功能：实现人机交互、在焊前设定电弧增材的各项参数、切片并生成预规划路径、传输机器人位置信息、视觉传感器的控制、点云信息的处理等。

本发明的电弧增材过程的沉积质量判断系统，包括：

FANUC焊接机器人、机器人控制柜、焊枪、焊接保护气体、送丝机和工控机；

与所述工控机连接焊前规划以及参数设定模块，工控机通过电弧增材切片与路径规划软件对焊前规划以及参数设定模块，进行轨迹的设定并通过福尼斯焊机进行参数的预设定。

与所述工控机连接的信号采集卡，信号采集卡与过程信号采集模块连接；

与信号采集卡相连接信息处理模块，用于处理多种原始信息，得到焊接过程中的熔池特征信息；

与工控机连接焊后形貌测定以及反馈控制模块，用于单层增材完成后，通过主动视觉传感器采集激光结构光得到成型件的三维点云数据，并基于三维点云数据反馈调控下一层起弧位置；

与信号采集卡以及信息处理模块相连接的沉积质量预测模块，用于根据特征信息得到增材沉积质量分类。

优选的，所述过程信号采集模块包括：被动视觉传感器、主动视觉传感器、激光发射器和霍尔传感器(电流电压传感器)。

其中，所述霍尔传感器，用于采集电弧增材过程中的电信号；

视觉传感器，用于采集电弧增材过程中的熔池图像。

优选的，所述多种原始信息包括：熔池图像和电流电压信号。