[发明专利]一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统

说明书

随着人工智能和工业化的推进，智能制造已经成为重要的发展方向。目前，在产品生产制造方面，智能制造发展迅速，成果颇丰。但是，在设备的运行监测和维修方面，自动化程度仍然较低。因此，本发明提出一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统，属于智能制造技术领域，包括多个损伤监测和维修子系统，可以对生产机械、大型矿用设备、特种运输设备、海上平台、航空航天等设备中的金属部件进行损伤识别和3D打印修复，特别适合于有毒有害危险环境等不适宜人类作业的情况下使用，具有适用范围广、柔性化、智能化程度高、效率高等优点，而且可以大大降低后勤补给和存储的压力，助力智能制造产业的发展，具有非常广阔的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及机械设备、运输设备、矿山专用设备、化工专用设备、航空航天专用设备、发电专用设备、特种设备等设备中的金属结构零部件损伤的实时测量、评估、定位以及在线维修系统，尤其涉及一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统，属于智能制造技术领域。

背景技术

随着人工智能和工业化的推进，智能制造已经成为重要的发展方向，世界各国都在大力推进集先进传感、仪器、监测、控制和过程优化为一体的智能制造系统。目前，在产品生产制造方面，智能制造发展迅速，成果颇丰。但是，在设备的运行监测和维修方面，自动化程度仍然较低。厂房里面的生产机械、大型矿用设备、特种运输设备、海上平台等的检修，主要还是依靠人工检测和维修的方法，费时，效率低，而且维修速度慢。此外，还存在一些不适合传统人检修的场合和情况，例如：太空的卫星，有毒有害的环境中工作的设备等。这些设备中，很多零部件都是由金属材料制造而成的。因此，需要发展适用于金属结构的损伤监测和在线维修技术和系统，以提高其自动化程度，为无人工厂、无人电站等应用提供基础。

发明内容

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统，实现结构健康监测、激光扫描、三维设计、激光烧结等技术的集成创新，为工作中设备上的金属零部件的损伤识别、评估、定位和修复提供一种自动化的、高效率的在线检修系统，保障设备的运行安全可靠。

2、技术方案：

一种金属材料结构的损伤监测及在线维修系统，包括金属结构损伤识别及定位和评估子系统、金属结构损伤区域扫描成像子系统、金属结构损伤区域预处理子系统、金属结构损伤区域维修子系统、金属结构损伤区域维修后处理子系统、含损伤金属部件、损伤区域、机械手、待修的金属结构、预处理的金属结构、修中的金属结构、修后的金属结构、维修完成的金属部件；其中，金属结构损伤识别及定位和评估子系统包括声发射传感器、前置放大器、信号采集分析装置、损伤识别和评估系统、损伤定位系统；金属结构损伤区域扫描成像子系统包括三维激光扫描仪、计算机、需修补区域的模型(STL格式)；金属结构损伤区域预处理子系统包括损伤区域预处理控制系统、风管、钢丝刷；金属结构损伤区域维修子系统包括激光烧结3D打印控制系统、激光器、激光扫描系统、激光束、金属粉箱、铺粉管、工作台、夹具；金属结构损伤区域维修后处理子系统包括维修后表面处理系统、维修后残余应力消除系统；

所述金属结构损伤识别及定位和评估子系统，由声发射传感器、前置放大器、信号采集分析装置、损伤识别和评估系统和损伤定位系统组成；声发射传感器的具体型号根据使用环境而定，声发射传感器采用圆柱形阵列布置，即在含损伤金属部件的表面或近表面成上圆周阵列和下圆周阵列布置，从而形成一个圆柱形，相比于目前的方形和菱形布置形式，圆柱形布置的监测范围更大，更为立体，跟圆柱坐标系配合使用，实现损伤的精确定位；声发射传感器通过低噪声信号线或无线通讯方式与前置放大器连接，信号经过放大后传至信号采集分析装置，信号采集分析装置对信号进行滤波，对滤波后的波形信号进行分析得到不同传感器通道的波达时刻和振幅；损伤识别和评估系统将振幅与预先设定的损伤阈值进行比较，超过阈值即表示损伤已经产生，当振幅是阈值的2倍时，就需要对损伤区域进行维修了；损伤定位系统根据不同传感器通道的波达时刻的差值、声发射传感器的空间坐标和声速来计算判断损伤的位置；